住宅太陽能熱水系統(tǒng)的比較及選用

1、*項目住宅太陽能熱水系統(tǒng)的比較及選用住宅太陽能熱水系統(tǒng)的比較及選用1 概述近年來，不可再生能源的大量消耗，全球氣候變暖，資源緊缺，生態(tài)環(huán)境惡化引 起全世界的關注，人類的生存和發(fā)展正面臨著嚴重的威脅與挑戰(zhàn)。國家對可再生能源 在建筑中應用非常重視，可再生能源大致包含太陽能、水能、地熱能、風能、生物質 能等。而太陽能以其清潔、儲量巨大、成本低、和能源質量高等眾多優(yōu)點成為可再生 能源利用的首選資源，我國從 20世紀 80年代中期開始推行建筑節(jié)能，出臺了一系列 鼓勵或指導性政策。 1998年 1月 1日施行、 2007年10月28日修訂通過的中華人民 共和國節(jié)約能源法第四十條規(guī)定：“國家鼓勵在新建建筑和

2、既有建筑節(jié)能改造中使 用新型墻體材料等節(jié)能建筑材料和節(jié)能設備，安裝和使用太陽能等可再生能源利用系 統(tǒng)?！?。 2006年1月 1日起施行的可再生能源法第十七條強調：“國家鼓勵單位 和個人安裝和使用太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖和制冷系統(tǒng)?！?。2011年1月 1 日施行的上海市建筑節(jié)能條例第十一條中要求“新建有熱水系統(tǒng)設計要求的 公共建筑或者六層以下住宅，建設單位應當統(tǒng)一設計并安裝符合相關標準的太陽能熱 水系統(tǒng)”。我國的其它很多省市也均出臺了設置太陽能的規(guī)定，太陽能熱水系統(tǒng)這種 綠色能源正在被社會廣泛的應用。在住宅建筑中，太陽能熱水系統(tǒng)尤其合適。上海位于北緯度，東經(jīng)度，屬于我國太陽能資源第三類分區(qū)

3、，太陽年總輻照量大約為4700MJ/,年均日照時數(shù)1900-2000h，日照百分率44%在安全和使用合理前提 下，上海地區(qū)熱水系統(tǒng)太陽能保證率可達到 60%以上，太陽能資源較為豐富。太陽能 熱水應用潛力較大。下面將住宅中太陽能熱水系統(tǒng)的幾種常用方案進行介紹并作比 較，再結合本項目的特點，做出最適合本項目的太陽能熱水系統(tǒng)方案推薦。住宅中常用的太陽能熱水系統(tǒng)介紹常用的太陽能水系統(tǒng)一般由以下幾部分組成:太陽能熱水系統(tǒng)按介質可分為直接加熱與間接加熱。直接加熱系統(tǒng)是指在太陽能集熱器中直接加熱水供給用戶的系統(tǒng)；直接加熱系統(tǒng)的優(yōu)點是集熱效率高，設計簡 單，成本較低，在我國目前普遍采用，缺點是冬天環(huán)境溫度低于

4、零度攝氏溫度時，水 結冰容易凍壞系統(tǒng)，且水管易結垢。間接加熱系統(tǒng)是指在太陽能集熱器中加熱某種傳 熱工質（一般為純水），再利用傳熱工質通過熱交換器加熱水供給用戶系統(tǒng)。由于熱交 換器阻力較大，間接系統(tǒng)一般采用強制循環(huán)系統(tǒng)?？紤]到用水衛(wèi)生，減緩集熱器結垢 及防凍因素，在投資允許的條件下，一般優(yōu)先推薦采用間接系統(tǒng)。間接加熱系統(tǒng)的優(yōu) 點是將集熱與供熱分開，設計靈活；可以采用防凍液為傳熱工質，避免出現(xiàn)冬天凍壞 系統(tǒng)，缺點是成本較直接加熱系統(tǒng)要高，通過換熱器熱損耗部分熱量。太陽能熱水系統(tǒng)根據(jù)集熱系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及供水方式的不同，可以分為三大類 型：分戶集熱 分戶儲熱輔熱式；集中集熱 分戶儲熱輔熱式；集中集熱

5、集 中儲熱輔熱式。每種類型均包括直接加熱與間接加熱，而直接加熱與間接加熱已在上 段做了詳細介紹，不再贅述，下面將這三大類型的太陽能熱水系統(tǒng)做詳細的介紹。2.1 分戶儲熱輔熱式太陽能熱水系統(tǒng)分戶儲熱輔熱式太陽能熱水系統(tǒng)是指終端用水點以戶為單位，每戶獨立設置太陽 能集熱器、儲水箱、輔熱設備及相關管路，每戶獨立使用的小型太陽能熱水系統(tǒng)。分 戶集熱一一分戶儲熱輔熱式又可分為一體式太陽能熱水器與分體式太陽能熱水器。2.1.1. 體式太陽能熱水器一體式太陽能熱水器外型圖如下圖所示，種類分承壓一體式太陽能熱水器與非承壓一體式太陽能熱水器。該類型太陽能熱水器有以下特點:a）、結構緊湊、安裝簡便，適合屋頂、地面

6、等平面場地安裝。b）、采用自然循環(huán)方式加熱，無需另外安裝循環(huán)泵，節(jié)省能源。c）、采用電輔熱、價格低，適合分戶安裝，產(chǎn)權明確。但該種太陽能熱水器只適合頂層用戶、多層住宅或別墅安裝使用，不適合高層住 宅使用，且不易與建筑協(xié)調，影響美觀。一般農(nóng)村使用較多，城市一般為頂層用戶私 自安裝，故不適合一個小區(qū)大規(guī)模使用。家用一體式太陽能熱水器外型圖家用一體式太陽能熱水器現(xiàn)場安裝圖2.1.2. 分體式太陽能熱水器分體式太陽能熱水器系統(tǒng)是將儲水箱安裝主于室內，集熱器安裝在屋頂（平屋面、坡屋面）、外墻、陽臺等采光面，與建筑物有機融為一體。其具有與建筑一體化 完美結合的特點和家庭熱水中心的功能，故分體式太陽能熱水系

7、統(tǒng)逐漸開始受到高品 味生活人群和房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的青睞。按循環(huán)形式可分為：分體自然循環(huán)系統(tǒng)、分體 強制循環(huán)系統(tǒng)。2.1.2.1. 分體自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)指的是采用熱水的供水與回水溫差而使熱水在管網(wǎng)中自行循環(huán)的方式。 太陽輻射透過玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內的水。吸熱管 內的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上的動力，構成一個熱虹吸系 統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時通過下循環(huán)管不斷補充溫度較低 的水，如此循環(huán)往復，最終整箱水都升高至一定的溫度，熱效率相對較低。詳見下圖 示意。該系統(tǒng)要求儲熱水箱必須高于集熱器以提供足夠虹吸動力，且儲熱水箱離集熱器 不

8、能太遠，因此與建筑的整合設計有一定的難度，集熱板一般用于陽臺或外墻安裝， 不能設于屋頂，儲熱水箱只能設在陽臺上，故該系統(tǒng)也俗稱陽臺壁掛式太陽能熱水系 統(tǒng)。但此系統(tǒng)具有結構簡單，運行控制單位少，成本相對較低，普遍適于高層、小高 層等采光面積較小的樓層且對生活熱水需求不高的住戶采用。一般配置 80-120L 的帶 電輔熱的熱水罐，光電互補。分體自然循環(huán)太陽能熱水器原理圖 分體自然循環(huán)太陽能熱水器安裝圖分體自然循環(huán)太陽能熱水器現(xiàn)場安裝圖2.1.2.2. 分體強制循環(huán)系統(tǒng)強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)是在集熱器和儲水箱之間管路上設置水泵，作為系統(tǒng)中 水的循環(huán)動力；與此同時，集熱器的有用能量收益通過加熱水，不斷

9、儲存在儲水箱 內。詳見下圖如示。強制循環(huán)系統(tǒng)要求采用能承壓的太陽能集熱器，是與建筑結合的 太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展方向。循環(huán)泵的控制方式以溫差循環(huán)控制方式較為普遍。該系 統(tǒng)集熱板與儲熱水箱可靈活擺放，限制條件少，集熱板可置于屋頂、陽臺、外墻等地 方，特別是集熱器與屋面相結合進行安裝，滿足建筑結構功能的同時不影響建筑的外 觀，故俗稱分體式別墅型太陽能熱水系統(tǒng)，詳見以下現(xiàn)場安裝圖，廣泛應用于別墅、 排聯(lián)建筑中，也可用于多層、高層住宅。該系統(tǒng)相對自然循環(huán)有熱效率高、控制相對 復雜、成本及運行費用相對較高的特點。分體強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)原理圖分體強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)示意圖分體強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)現(xiàn)場

10、安裝圖2.2 集中集熱分戶儲熱輔熱式集中集熱分戶儲熱輔熱式太陽能熱水系統(tǒng)是指太陽能集熱器集中、統(tǒng)一規(guī)劃 安裝于建筑物屋面部分，儲水箱、輔助加熱系統(tǒng)按終端用戶為單位獨立設置的太陽能 熱水系統(tǒng)，太陽能集熱器收集的熱能轉化成熱媒通過循環(huán)管道輸送至戶內儲熱水箱中 的換熱裝置進行換熱來加熱儲熱水箱中的水。當太陽光照不足時，或儲熱水箱中的水 未達到設定溫度時，用戶可以使用儲熱水箱內置的輔助加熱裝置加熱供用戶使用。原 理參見下圖?？刹捎秒娸o熱或燃氣熱水器輔熱。該系統(tǒng)具有以下特點：A、該系統(tǒng)較適宜安裝在多層或小高層公寓住宅中，大高層由于屋面面積不夠只能在上部的部分樓層采用；B、系統(tǒng)集熱器集中放置，有利于建筑一

11、體化設計；C、系統(tǒng)集熱器集中使用，可以實現(xiàn)集熱器資源共享，降低運行成本； D系統(tǒng)集熱器樓頂放置，不受樓間距影響，集熱器采光好系統(tǒng)效率高；E系統(tǒng)集中集中集熱分戶儲熱太陽能熱水示意圖收集太陽能并轉化為熱量，通過熱媒加熱每戶儲熱水箱中熱水，熱量難以計量，只能免費供用戶使用，故不存在熱水計量等問題，減少糾紛；F、住宅建筑入住率較低時，不影響用戶使用太陽能熱水系統(tǒng)；G儲熱水箱分戶放置、分戶控制可滿足用戶不同用水的使用要求。該系統(tǒng)初投資較分戶承壓型低；系統(tǒng)運行較穩(wěn)定，運行成本較低；將熱水儲存于 每戶中，這樣可以減少水箱占用屋面或地下室面積，整個系統(tǒng)的管路在建筑中也不影 響建筑美觀。集中集熱分戶儲熱太陽能熱

12、水戶內水儲熱水箱示意圖集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)現(xiàn)場安裝圖2.3 集中集熱集中儲熱輔熱式 該系統(tǒng)是指太陽能集熱器、儲熱水箱、輔熱設備全部集成化，統(tǒng)一安裝集熱器， 統(tǒng)一設置集中儲熱水箱及輔助加熱設備，然后將熱量再分配至各用水終端的太陽能系 統(tǒng)。 系統(tǒng)的集熱器、儲熱水箱及輔助加熱設備一般均集中設置在屋頂。該系統(tǒng)為將集 中在屋頂加熱的水直接送到各用戶用水點，因此會存在冷熱水難以同源、熱水需計量 收費的缺點，且物業(yè)管理要求高，比集中集熱分散儲熱輔熱式熱水品質及保證率 高，且使用上每戶能平衡互補性，投資相對較低。其它與集中集熱分散儲熱輔熱 式相差不多。原理圖如下：目前，建筑的普遍類型一般有以下幾種形

13、式：別墅型住宅、多層住宅、板式小高 層、板式高層、點式塔樓住宅等。在遵循經(jīng)濟實用、節(jié)能節(jié)水、安全簡便的原則下，應 結合各類型住宅的結構特點、用水點分布情況、用戶的實際用水習慣、系統(tǒng)的運行管理 模式、輔助能源的種類及經(jīng)濟承受能力等因素，針對不同的住宅類型設計不同類型、不 同規(guī)模的太陽能熱水系統(tǒng)。3 太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)化選擇3.1 別墅類型 別墅屬高檔次住宅，其在建筑功能及建筑外觀要求比普通住宅要高。對生活熱水的 使用，存在用水量相對較大、供水舒適要求高、要求保證率較高等點。因此，在太陽能 熱水系統(tǒng)上的選擇上，采用分體強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)較好。3.2 多層住宅及小高層住宅多層住宅及 12 層以內的

14、小高層住宅的屋面面積較為充裕，可以根據(jù)用水需求設置 足夠的集熱器面積，因此在太陽能熱水系統(tǒng)的選擇上，建議選擇集中集熱集中儲熱輔 熱太陽能熱水系統(tǒng)；在系統(tǒng)的規(guī)模上，可選擇獨棟樓設置獨立太陽能熱水系統(tǒng)一套的方 式。如為了減少物業(yè)管理及熱水收費存在的糾紛，也可采用集中集熱分散儲熱輔熱太 陽能熱水系統(tǒng)或分體式太陽能熱水器，但每戶采用分體式太陽能熱水器時，需建筑考慮 一體化設計，以免影響外立面的美面。3.3 高層住宅按根據(jù)多層及小高層住宅的計算（按戶型平均 80 平方米）可以知集中集熱集中 （或分散）儲熱輔熱太陽能熱水系統(tǒng)最多可以滿足 12 層以內的住宅。因此高于 12 層的 小高層及高層住宅，可以選擇

15、陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)。如下部幾層陽光難以滿足要 求，則上部采用陽臺壁掛式，或采用屋頂集中集熱集中（分散）儲熱輔熱的方式，下 部采用其它非太陽能熱水系統(tǒng)供熱。3.4 點式塔樓住宅 點式塔樓住宅由于其建筑結構的特點，存在屋面可利用機積無法滿足太陽能集熱器 布置條件的缺點，因此太陽能集熱面積無法完全滿足全樓的熱水供應。點式塔樓住宅其 建筑一般設計存在北向戶型，因此，不具備采用陽臺壁掛式的安裝條件。建議在屋面安 裝集熱器來滿足北向戶型的熱水供應，向陽的南向戶型采用陽臺壁掛；或屋面的集熱器 來滿足高層的熱水供應，在地下室采用其它能源熱水系統(tǒng)來供應給低層。4 結論太陽能熱水系統(tǒng)在住宅建筑上的應用類型及規(guī)模應根據(jù)實際建筑設計情況面定。具 體的應根據(jù)太陽能熱水系統(tǒng)在建筑中的經(jīng)