广西南宁市 530200
摘要：本文介绍了太阳能热水系统与住宅建筑结合应用的几种形式，根据某南方住宅小区的地理位置，结合当地太阳能利用的具体资源情况，分析了太阳能热水目前应用的存在一些问题，提出了该小区可再生能源应用太阳能热水系统方案的个人建议。
关键词：可再生能源、太阳能、热水系统、集热器、辅助加热、空气源热泵、循环、储热水箱、高层住宅
当前，我国正处于城镇化快速发展阶段，每年建成的城镇住宅面积大，而且以高层住宅居多，根据相关部门调查结果显示我国建筑能耗的比例高达27%，单位建筑面积能耗为发达国家的3倍多，因此，如何提高可再生能源的利用，尤其是具有清洁、储量巨大、成本低、实用性强等优点的太阳能资源与住宅的结合利用成为了当前的首要问题，太阳能热水器是将太阳能转化为热能并将水加热的装置，是太阳能利用的最有效，最便捷的方式之一，有诸多优点。所以在住宅安装太阳能热水仍是今后可再生能源利用的最普遍的形式之一。
可再生能源是指可以再生能源的总称，包括太阳能、地热能、水能、风能、生物质能源和海洋能等。太阳能热水因为具有结构简单、维护方便、节省燃料、运行费用较低，不存在环境污染等优点，在很多地方已比较普遍的等到应用。可是，在实际应用中，仍在不断发现一些问题，这些问题还需要在应用过程中不断优化改进。以下是某高层住宅小区可再生能源太阳能热水系统应用的分析。
某住宅小区项目的地理位置。该小区所在城市地处亚热带区，介于东经107°45′～108°51′，北纬22°13′～23°32′之间，地理坐标东经108°22′，北纬22°48′。项目为200多亩房地产用地，项目主要以30~34层高层住宅建筑为主。根据国家及当地政策要求，属于可再生能源利用范畴。
该市的太阳能资源状况。该市属我国第三类太阳能资源区域，可用于建设太阳能光热热水、供暖、制冷空调和光伏发电项目。该地属于夏热冬暖地区，夏季需要提供制冷空调，冬季可不考虑供暖（除了有特殊要求的医药、星级宾馆、住宅和高级别办公建筑等可考虑供应冬季供暖空调外）。太阳能空调制冷的主要利用方式是通过太阳能光热利用产生的热能来驱动热力制冷机制冷，但由于成本过于昂贵，空调制冷技术通过市场实现商品化的能力几乎为零，目前仅有一些国家资助的示范工程。本项目作为商业住宅，根据当地情况，可以不考虑太阳能光热供暖和制冷空调利用和太阳能光电技术利用，只考虑太阳能光热水技术。
本项目可选择的太阳能热水利用的系统类型。目前常用与建筑物结合的太阳能热水系统类型主要有分户式阳台壁挂太阳能热水系统、太阳能集中采热+空气源热泵辅助加热集中供热水系统，还有在发达地区逐渐普及的太阳能集中采热+分户分设辅助加热热水系统。
1）分户阳台式太阳能热水系统。集热器分户悬挂于住户阳台外侧或外墙，集热水箱设在阳台，住户自行安装电（燃气）辅助加热器。
根据当地实际情况，太阳能最为充足的夏季，正午时至下午3点太阳几乎是垂直地面，设于阳台的集热板，因受上层集热板的遮挡几乎无法得到直射的太阳光能，还有由于集热板挂在阳台，集热器充满水后总重量可达几十千克，长期的日晒雨淋，集热器固定支架容易老化，设备、支架老化不断加大，充满水的集热器高空坠落的几率越来越高，安全隐患不易消除；还有集热器安装在外墙，容易破坏建筑物外立面，影响美观；再有，有些集热器安装在住户阳台，住户认为会影响到了他们的采光通风，有的小区已经发生过住户纠纷时间。因此在本项目不作考虑。
2）太阳能集中采热+空气源热泵集中供热水系统。集热器集中安装在建筑物屋面，或者屋面构架，辅助加热器设在屋面集中辅助加热。
系统如图一：
该系统通常安装在星级宾馆、学校宿舍和高级别办公建筑等，并且以目前正在运行情况来看，运行情况良好，得到很好的节能效益，但是在商业住宅小区安装该太阳能热水系统却存在很多的问题。
3）太阳能集中采热+分户式辅助加热热水系统。经多方面分析比较后，我提出了本项目在很多发达地区城市普遍使用的太阳能集中采热+分户式辅助加热热水系统，（图一）
系统内的水都经过住户安装的分户式辅助热水器，用户根据使用要求，调节出水温度，充分利用系统内的水。
系统如图二：
目前，城市多层、高层住宅安装该集中太阳能采热热水系统存在的问题有：
第一、住宅楼每层住户数多为4~6户，从管道井到用户用水点管道过长，管道上热水损耗较大，据推算，管道上热量损失可以超过30%，性能价格比大幅度降低；第二、太阳能热水系统水压与自来水系统水压不平衡，严重影响系统正常使用；第三、管道过长管道内“无效热水”多，不能即时获得热水，用户常将冷水放掉，引起浪费
水资源等问题，尤其是管道“无效热水”，（图二）
为了避免产生过多的无效热水，由于每个在住户都要安装供热水管和回水管，无形中增加了安装成本，分支管太多，容易引起系统热水不平衡，系统不稳定，运行容易产生系统故障。第四、商用住宅的住户入住时间、作息时间与酒店、学校等公共建筑物的不一样，存在用水时段的不规律性。如果24小时供应热水，采用集中辅助加热的系统为了保证热水随时有热水时满足住户需要，常依靠空气源热泵辅助加热设备时常启动，保证水箱里的热水恒温，这样就会导致在太阳光充足时，因为辅助加热设备已将水加热到设定温度，无法再利用太阳光热能，达不到节能的目的。再次，必须协商好水量计费的问题，处理好水损失分摊的问题。
有人曾做过后两种热水系统运行成本的比较。他们假设某一楼栋理想情况下日用热水量为30m?，自来水价按3元/m?，电价1元/kw.h，自来水水温为20℃，热水水温为55℃。经计算，发现如果用电直接加热制取成本是48.37元/m?；由于在实际运行中常常因为各种原因热水使用量很少，他们假设很每日实际用水量只有8m?，用集中采热+集中辅助加热方案，热水制取成本约30元/m?，由于热水制取成本过高，运行费用增加，热水价格较高，容易引起纠纷，业主不愿意使用，最终恶性循环，太阳能热水系统最终变成了虚设。如果采用太阳能集中采热+分户设辅助加热热水系统。系统白天利用设在屋面的太阳能集热器采热可以尽可能采集太阳光热，只需要设少量保证系统正常运行的循环泵、回水泵。系统根据热水用量结合屋面可安装集热器面积，安装集热器。阳光充足时，经过集热器循环加热后的热水系统水温可以满足满足大部分住户使用要求，不需要启用辅助加热设备。阴雨天，太阳热不足以将系统里的水加热到预期水温时，由住户自行启用分户式辅助加热设备，用户根据需要缺多少补多少，根据用水量、用水温度灵活利用设在住户户内的辅助加热器加热。
系统运行成本：住户主要承担的热水水费主要来自循环运行电费+自来水水费，阳光充足时用户可以低价用到热水，阴雨天阳光不足时，用户根据需要补充由系统引来通过太阳能加热后的水，用户自行选择自行加热后使用，或者直接用系统中的水，不会浪费任何的用水。热水价格低廉，住户自然乐于使用系统内的热水。系统自然得到很好的应用，最后得到节能减排的效果。
通过以上分析比较，大家可以明显的看出最后一种太阳能应用形式，太阳能集中采热+分户设辅助加热，实际上是在前两种形式基础上改进完善的一种形式，无论是在与建筑物的一体化结合，还是从运行成本上，相比前两种形式，住户都较前两种形式更加容易接受。如果能推而广之，必将能大大节约资源，符合我国提倡的低碳生活。
最后，因集中的太阳能热水系统属于小区的公共资源，对于这方面的管理以及以后的维护保养等方面的存在不小的问题。作为小区的管理者物业公司必须增加这方面的管理人员，进行管理、巡查、维护、保养，这样就增加了管理成本；在目前不规范的物业市场下，还有出现物业公司收取水费过高，住户不愿意使用热水；更有物业公司不管理这部分设备的情况，特别是高层、多层屋面并不方便随时上去检查，容易产生屋面上出现系统部分配件损坏还没人知道的这种情况，还可能出现屋面某个集热板坏了或水管坏了还不不清楚的情况，这样就会导致这个系统越用越坏，越用越没人管，最终彻底的没用了。所以，只有大家共同爱护公共资源，共同维护、保养，让设备真正运行起来；大家为了节约能源出谋献策，才能为国家的能源战略做贡献，为人类的能源事业做贡献。
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民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 （GB50364-2005）
论文作者:何东冠
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/25
标签：热水论文; 太阳能论文; 系统论文; 住户论文; 屋面论文; 分户论文; 住宅论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;