珠海兴业绿色建筑科技有限公司
摘要：文章通过笔者的工作实践经验，阐述了住宅太阳能热水系统的选择，在此基础上，结合工程实例，针对太阳能热水系统设计要点进行了深入地分析，以供读者参考。
关键词：太阳能热水系统；分户式；集中式
随着人们的生活水平在逐年提高，热水供应消费已逐渐成为每个家庭不可缺少的日常开支。太阳能热水供应系统一种低能耗、易推广的热水供应系统，具有环保、节能的特点，引起了人们的广泛重视。在连续运行的情况下，系统运行能耗和费用较低。本文结合工程实例，就太阳能热水系统设计进行探讨。
1 住宅太阳能热水系统选择
住宅太阳能热水系统大致可分为两种：分户式和集中式。所谓分户式即是每一户装设独立的太阳能热水器统一放置在屋顶上进行加热、使用。而集中式则是指整个单体设置一套集中太阳能加热系统，供给单体内每一户居民使用。
在上述的两种方式中，分户式的优点在于每户均设有独立的热水供水管，可根据自身的实际情况来采购相应型号规格的太阳能热水器，既节能又经济。但笔者在个别地区发现一个问题，由于某些单体为“老建筑”，太阳能热水器均是用户自己装设，导致整个建筑某侧外立面上均为该系统管道，极为不美观。加之居民私设太阳能热水器，导致单体屋面不能够得到充分的利用，致使下层的一些因屋面上无热水器“可放之处 ”而放弃太阳能热水器的事情层出不穷。这就给设计人员提出了一个要求，在新 建或改建某多层住宅时，应该为单体内每一个用户划分好太阳能热水器的放置区域及设置统一的管井，施工时将管井内各户管道安装完毕，以便住户使用太阳能热水器。这样既解决建筑外立面的美观问题更可以将太阳能热水系统广泛普及。
集中式太阳能热水系统，是将整个单体设成一个热水系统，并集中供给，其优点在于集中控制，便于维修、使用。但其缺点是系统占地面积大；由于系统集中运行，一旦某点出现故障，维修服务不及时，则将影响一大片用户，使许多用户热水供应不能得到保证。且在管路系统设计不当时，会出现支管较长，使用时需先放出较多冷水，浪费水资源。
综上所述，笔者认为结合我国各地区的实际情况，分户式和集中式系统各有优势，两种系统的选用应根据建筑性质，用水形式，用户需求，方案对比及经济分析等来确定。
2 太阳能热水系统设计实例分析
某地区属于太阳能资源的第三类地区，全年日照时间为 2200~3000h。本文对该地区新建6 层4000m2楼宇的太阳能集中供应热水系统进行设计。该楼共有34户住户，每户使用面积102m2，依据每户每日使用50℃、300L 热水计算，则整个楼宇每日需要10.2t热水。考虑到太阳辐射不足时仍需要热水的供应，电加热装置依据冬季最低室外温度下的自来水供水温度进行设计，采用80kW 的电加热装置。文中取全年日照时间2400h进行计算。
2.1 设计原理
（1）系统形式的确定。太阳能供热水系统如图1所示。自来水经电磁阀1进入储热水箱内，储热水箱内的冷水与太阳能集热器进行温差循环，使储热水箱内水温上升，升温后的储热水经电磁阀2进入恒温电加热水箱，另一管路自来水经电磁阀3进入恒温电加热水箱，进行恒温控制。经恒温控制的热水供应至各用户。
（2）供水循环。储热水箱内的水来自自来水管，当水箱内水位低于设定水位时，控制柜控制供水管电磁阀增加阀门开度，使供水量增大，当水位达到水箱上限水位时，关闭电磁阀。
（3）温差循环。太阳能集热器内的集热介质与储热水箱内的冷水在板式换热器处进行换热，当太阳能集热器出口处集热介质温度低于50℃，关闭循环水泵1，以使太阳能集热器充分集热；当储热水箱内水温高于70℃时，为防止循环水泵汽蚀，关闭循环水泵1、2，不再进行温差循环；当集热介质与储热水箱内温差大于8℃时，循环水泵1、2 同时开启，使集热介质与储热水箱内冷水在换热器内充分换热，当温差小于2℃时，关闭循环水泵1、2，完成温差循环。
（4）恒温控制。储热水箱内的预热水流经处于低位的恒温供水箱内，当太阳能集热器集热不足时，储热水箱内水温较低，为保证用户的热水用量及温度，在恒温供水箱内安装80kW 电加热装置；当恒温水箱内水位低于设定水位时，增大电磁阀2的开度，当水位达到设定水位时，关闭电磁阀2；当恒温水箱出口水温低于55℃时，开启电加热装置，达到55℃时停止加热；当储热水箱内水温高于55℃时，控制柜发出指令，减小电磁阀2的开度，且增加电磁阀 3的开度，恒温水箱出口水温达到55℃时停止调节，且恒温水箱达到限定的水位上限时，关闭电磁阀2和3，完成恒温控制。
2.2 水箱尺寸的确定
集中供热水系统夜间使用时，由于生活用水量较大，且此时段只依靠电加热维持水温，投资成本较高。因此，若水箱设计过小，白天由利用太阳能制造的热量不能满足用户在夜间的热水需求，依靠电加热维持用热量，是不经济的。该设计在系统中加入8t 集热水箱和4t恒温供水水箱。
2.3 电加热器功率的确定
应考虑到恶劣气候条件下也能满足用户的热水需求，电加热器的功率即由最恶劣气候条件和用户最大用水量来确定，在不考虑太阳能集热的情况下，将恒温水箱内的4t水由5℃加热至50℃需要752400kJ的热量。采用80kW 电加热装置，可将5℃的水经2.61h加热至50℃，满足用户需求。
3 太阳能热水系统的能耗计算
3.1 热水系统的能耗计算
本住宅太阳能热水系统设计分为两种分案，一个方案是分户式太阳能热水系统，另一个方案是集中式太阳能热水系统。每户每日使用 300L、50℃的热水。计算中应考虑到利用太阳能供应热水系统时，会有日照不足的情况，日照时间系数为2400h/ 4380h=0.548，日照不足时，由电加热系统对用户所需热水进行供应。经计算，集中式和分散式太阳能供应热水系统日均能耗情况如表1 所示。
论文作者:刘潞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/6
标签：热水论文; 太阳能论文; 系统论文; 恒温论文; 水箱论文; 水位论文; 箱内论文; 《基层建设》2017年第20期论文;