浅析太阳能热水系统在住宅设计中的应用论文_陈忆

浅析太阳能热水系统在住宅设计中的应用论文_陈忆

河北省建筑设计院上海分院 上海市 200127

摘要:近年来我国面临着十分严峻的能源危机,能源供应紧缺。寻找合适的替代能源迫在眉睫。太阳能属于可再生能源,是解决现有能源困境的合适道路。在太阳能的众多应用中,最有潜力的应用便是在建筑中,因而太阳能热水系统就成为了太阳能在建筑中的主要应用方面。

关键词:太阳能;热水系统;住宅设计

引言

太阳能作为一种清洁安全的可再生能源,是节能环保的重要途径。在建筑设计中体现绿色环保思想,凸显节能亮点,将太阳能清洁能源引入到建筑或景观、园林设计当中,充分利用太阳能,采用更加节能的建筑围护结构以及采暖、热水和空调系统,减少电力等常规能源采暖、热水和空调使用,是未来住宅设计的发展道路之一。太阳能热水器是最为常用的太阳能利用装置,能够提供洗浴、生活和采暖热水,能量大、时间长、周期运行费用低、使用长、无噪声、无污染、无危险,如能广泛应用于住宅热水供应系统中,可产生长远的经济效益。

1太阳能热水系统概述

太阳能热水系统是当前所有太阳能利用形式中技术上最成熟、经济上也最有竞争力的绿色能源形式。从建筑的给排水系统角度而言,它是指以太阳能为热源,或者结合其他能源,供给日常生活用热水,然后通过相应的管路输送到用热水点的系统。它主要由集热系统和水供应系统组成,主要包括:太阳能集热器、贮水箱、循环管路、热交换器、控制系统等和附件,有些系统还添加辅助能源(如电能)来保证没有日光的热水供应。太阳能的集热系统是太阳能热水系统的重要组成部分,它关系到太阳能的合理收集和利用;水供应系统和常规的生活热水供应系统相似,辅助热水的供应。

2太阳能热水系统在住宅设计中的应用

2.1分户式系统实施

当前市场上较为普遍的是单户型紧凑式的太阳能循环热水器。将两种太阳能供热系统进行对比分析,其中分户式太阳能热水系统的初期造价虽然较高,但是单个用户可以实现独立系统的设置,相互之间不存在影响,一旦出现问题也非常容易解决,管理方法比较简便,运行费用较低。缺点是每户独立的设置和运行将会造成管线复杂的状况,其中采用落水法进行出水,高层住户的热水供应压力同中低层住户比较相对较小,使用过程中冷热水的压力交替容易产生不平衡状况,一部分用户在使用中会存在一定的不便。下层住户热水出水的管道线路较长,在热水的使用中会经历较长时间的凉水放出阶段,引起不必要的水资源浪费。紧凑式自然循环太阳能设备的抗风和抗冻性能较差,一旦存在管道的破裂就无法使用。

2.2集中式供热系统

集中-分散太阳能供热系统应用原理为:实行集中器供热,在循环泵的作用中,将热水输送至每一个用户中,同时对水箱中的温度进行判定,主要借助的是温差控制和电磁阀,借助换热器在水箱中的作用,实现对水箱中的凉水加热,水箱中的水在没有达到设定中的温度时,需要借助辅助器设施继续进行加热,在使用过程中,热水会被冷水顶出,水压可以长期保持稳定,单个用户可以对热水进行单独使用,充分保证了热水资源的平均分配;集热部分可以在压力作用下持续运行,系统的运行模式保持在循环封闭状态下,避免了水质的堆积造成水垢阻塞,运行方式简单。并且该系统可以实现热水在每家每户中的储存,减少水箱在屋中或是在地下室中占据过大的面积,整个运行的线路之间对建筑外观不会造成严重影响。系统只需要消耗较少的循环泵能量。系统主要由热管式的真空集热器、循环线路、控制阀、换热器等部件。热管式真空集热器组的连接方式为串联,换热器连接方式为并联。

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这一系统的优点主要有:实现了太阳集热和建筑的融合,设备的安装主要在用户的屋顶,管线较为简单,各个用户之间的计费可以实现相互独立;使用热管式真空管线,太阳能的集热系统在封闭的环境下实现循环,保证了供热的及时和高效,以及供热的均衡;由于系统之间实行的是间接加热的方式,真空管中未进行通水,不会有水垢的堆积,集热器可以保持长时间的集热。其中还应用了防冻介质,保障了其在严寒天气状况下的安全运行。太阳能集热管中应用了真空集热管技术,即使真空管出现了破裂,也不会存在系统漏水现象,太阳能集热系统依旧可以持续运行下去,只是真空管的集热效果有所降低。单个用户的承压换热箱是独立的,系统中的水资源补充全部来自小区住户家庭中,用户的使用量保持一定的平衡,在冷热水之间保持了压力的平衡,使用和操作都十分简便,不需要对用户进行额外计费。集中-分散太阳能系统实现了智能化的控制,功能齐全,管理便利,拥有较高的可靠性。

系统的缺陷主要有:系统的初期投资成本较高,但系统的使用时间较长,集热和节能能力较高。集中-分散式太阳能供热系统在运行管理中需要安装热循环泵,虽然系统循环消耗的能量较小,但是还是存在一定的费用,需要住户平均承担;此外太阳能集中供热系统需要物业派专门的技术人员实施管理和维修,对管理人员的维修技术要求较高。

3太阳能热水系统在住宅设计中的优化措施

3.1系统运行方式的选择

太阳能系统运行的主要方式有3种,一种是自然循环式系统,一种是定时强迫循环式系统,最后一种是定温强迫循环式系统,按照热水负荷、安装环境和系统节能标准等诸多方面的要求,系统最终决定采用定温强迫循环式系统,如果出现了太阳能供应不足的情况,就应该采用电加热的方式当做是辅助的热源。

3.2集热器排列方式设计

在建筑集中式太阳能热水系统设计的过程中,集热器的排列方式在设计的过程中是十分重要的,集热器的排列方式选择主要是要看系统运行的具体方式以及场地的具体环境,此外在这一过程中还要对建筑自身的结构特点和美观性以及整体性予以全方位的考量。

3.3控制系统设计

电加热控制系统。电加热控制系统中采用温控仪测量热水箱底部水温,若水温达到或超过50℃时,电加热装置不工作,一旦水温低于50℃电加热装置开始启动,直至热水箱底部水温达到50℃。此外,电加热控制系统还应包括断水保护装置、触电保护装置等,保护电加热装置安全可靠地运行。

循环管路的设计。太阳能热水系统中的循环管路主要是指从循环泵吸水口经过集热器集管,回到储水箱的管路.在循环管路的最高点要放置排气管,排气管应高出最高点600一800mm,整条管路要有一定的斜度(>0.5%),目的是在循环泵停止工作时,使管路中的水能够自动流回水箱。

3.4水箱的设计

储水箱和太阳能热水系统连接,与热管真空管集热器进行热交换;热水箱水温在正常工作条件下始终在50℃以上,若太阳能集热系统提供的热水未达到50℃,则由电加热补偿,热水箱中补给水由储水箱提供。在采用电加热补偿时,只加热热水箱中的少量水,不影响太阳能集热系统的热交换。且由于热水箱容量较小,既满足了在太阳能不充分条件下用户快速获取热水的需求,同时也避免电能消耗率的增大。

结语

建筑节能已经成为了缓解我国能源紧张的重要和必要途径。降低能源的消耗必须会依靠太阳能等可再生资源,将太阳能在建筑领域的充分应用对我国的建筑节能有着重要的意义。需要注意的是,在太阳能热水系统的设计和优化中,要充分考虑具体情况和相应的设计参数,这样才能合理的设计出良好的太阳能热水系统,保障节能和环境友好,为人们降低支出,提高国家的经济发展能力,并不断满足安全、适用、卫生、经济的要求。

参考文献:

[1]王淑新,张晨.关于建筑太阳能热水系统设计问题的探究[J].门窗.2015(08)

[2]肖玲.太阳能热水系统在建筑设计行业中的应用[J].低温建筑技术.2016(05)

[3]谷秀志.简论太阳能热水系统与建筑一体化技术的有效应用[J].资源节约与环保.2016(05)

[4]张胜萍.浅谈太阳能热水系统在各个领域的使用和安装技术[J].科技资讯.2015(19)

论文作者:陈忆

论文发表刊物:《基层建设》2016年14期

论文发表时间:2016/11/3

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