太阳能热水系统在住宅建筑中的应用形式探讨

太阳能热水系统在住宅建筑中的应用形式探讨

林益发

广西嘉辰恒旸节能环保科技有限公司  530000

【摘 要】：太阳能作为清洁能源的代表，在民用建筑能源中的比例需要进一步提高。太阳能热水系统在我国住宅建筑中有着一定的应用基础，但是随着高层住宅密度的提升，太阳能热水系统有着一定的应用挑战。本文分析了分户集热储热、集中集热储热和集中集热分户储热太阳能热水系统的应用和施工方法，以期能够为太阳能热水系统的未来施工和设计提供一定的经验和建议。

【关键词】：太阳能热水系统；清洁能源；住宅建筑设计；

引言

随着我国对清洁能源的应用需求不断提高，地方政府开始大力推进太阳能热水系统在民用住宅的应用。太阳能热水系统对于低层民用住宅和高层住宅的高层区域有着极高的应用价值，特别是对医院、宾馆和洗浴场所等对水资源依赖性较高的功能性建筑，在这些建筑类型中提高太阳能热水系统应用率能够有效地提高电能的利用效率，提高清洁能源在我国地方的应用程度。本文针对三种不同的太阳能热水系统，结合太阳能热水系统在住宅建筑的应用经验，分析不同太阳能光热系统的优缺点和应用场景，以期为太阳能热水系统在住宅建筑中的应用提供一定的思路和经验。

1 分户集热储热式太阳能热水系统

在住宅建筑太阳能热水系统发展初期，分户集热储热系统是我国应用程度最广的一种太阳能热水系统，我国绝大多数高层住宅和建筑中采用了一体式阳台太阳能壁挂系统。一般而言，分户集热储热太阳能热水系统具有运行稳定和低故障发生率等优点，在我国中低端商品房中应用最为普遍。阳台壁挂式太阳能热水系统的整体布局和架构较为简单，集热器和储热装置采用分体式放置，一般小型家用太阳能热水系统包括集热装置、储热水箱、电路元件、管道和其他机械或电子元件。这种太阳能热水系统的工作方式较为简单，通过阳台上的集热器来收集太阳光热，随后热量被传递给储热水箱中的换热盘管，集热器与换热盘管通过自然循环来加热内胆中的冷水。现代太阳能热水系统还搭配了电热装置，在遇到光热不足等情况会利用电能来加热冷水，以保证住宅建筑的用水需求不受到影响。

分户集热储热太阳能热水系统拥有诸多优点，第一，可以采取分户设置的模式，后期维修和维护等工作都由业主来承担，不需要物业定期对设备进行维护。第二，分户集热储热太阳能系统安装简便，后期维修和拆装难度较低。第三，换热效率较高，阳台壁挂式太阳能热水系统基本能够满足普通住户的热水需求，在阴雨天也能够通过电热装置实现加热。同时由于采用分体集热储热的模式，不同住户的用水不互相干扰。第四，整体成本和安装成本较低，普通阳台壁挂太阳能热水系统的成本在5000元左右，大部分住户都可以负担。但是分户集热储热太阳能热水系统也有着明显的弊端，主要包括影响建筑整体外观和支架松动等安全性问题。

分户集热储热太阳能热水系统需要遵循一定的施工准则，才能够保障施工质量和安全性。首先，对于阳台壁挂式热水器而言，在建筑主体外墙的浇筑施工中需要做到构件的预埋，如果集热器需要固定在实心混凝土墙的表面，可以利用螺栓固定支架，同时螺栓距离实心墙体的距离需要保持在合适范围内。其次，储水水箱需要尽可能保证安装在承重墙表面，如果无法在承重墙安装，那么需要预设支架来保障安装强度。最后，储水装置的安装需要尽可能采用竖式，储水装置旁需要预留专用的插座，以满足电加热的需求。

2集中集热储热式太阳能热水系统

集中集热储热式太阳能热水系统的出现时间较早，在我国南方地区的应用程度明显高于北方。集中集热储热式太阳能热水系统的集热器和储水装置都布置在房屋顶部，整体工作方式和分户集热储热式太阳能热水系统类似，也是通过集热器来实现储水装置中冷水的换热，只是集热系统、供热系统均采取机械循环的方式。集中集热储热式太阳能热水系统的辅热装置一般采用空气源热泵机组，以满足在光热条件不佳时用户的用水需求。

集中集热储热式太阳能热水系统的优点在于集热器和储水装置都布置在房屋顶部，不占用内部活动空间，同时分摊造价较低，一般每户只需要负担3000元。相比于分户集热储热式太阳能系统，集中集热储热式太阳能热水系统有着明显的缺点。第一，集热器和储水装置的体积较大，比较占用屋顶空间。第二，由于储水装置的重量较大，会对屋顶增加很多载荷，需要对屋顶结构进行加强式设计。第三，对于我国北方地区而言，冬季气温会低于零摄氏度，因此需要独立设计防冻循环系统，保证储水装置和管道不会出现冻结现象，因此会增加整体设计费用和使用电量。第四，由于需要独立计算每户使用的热水量，因此需要在内部安装热水计量表，会占用较多的公共空间。第五，由于住户的用水需求相对比较集中，供水高峰期可能会出现水量不足的情况，影响着业主的使用体验，供水温度也难以进行调节。第六，集中集热储热式太阳能热水系统需要物业进行定期维护，维护成本需要均摊到业主上，导致住宅业主的使用成本上升。第七，由于我国的商品房在交房前期，入住率普遍较低，前期住户所需分摊的热水成本会比较高，部分业主可能会放弃使用太阳能热水系统，转而自行安装家用燃气热水器或电热水器。而用户减少后，物业无法盈利，甚至会直接关停太阳能热水系统。

集中集热储热式的太阳能热水系统具有明显的缺点，因此在我国的应用程度正逐年下降，不适合在现代住宅建筑中大规模推广。

3集中集热分户储热式太阳能热水系统

集中集热分户储热太阳能热水系统在现代住宅建筑中有着较高的应用前景，主要构件包括平板式集热器和换热器、缓冲储水装置、循环泵和管道系统、分体储热装置和控制电路等。当平板式集热装置和缓冲水箱的温差超过预设阈值时，集热系统功能就会启动，换热器将水箱中的冷水输送到集热装置中，通过换热的方式来实现传热，随后将热水输送到缓冲储水装置之中。如果集热器和缓冲水箱的温度差值低于预设阈值，集热循环会停止，集热器将会在缓冲水箱温度差值高于阈值时再次工作。热媒循环的工作原理和集热循环类似，当循环管道和缓冲储水装置中的水温差高于阈值时，会启动热媒循环，将缓冲水箱中的热水通过循环系统送至分户储热装置之中。由于热媒循环的存在，住宅用户的水温基本不会产生过高的波动。

集中集热分户储热式太阳能热水系统具有诸多优点。第一，循环和集热装置布置在屋顶空间中，不影响建筑整体的美观性，同时运行较为稳定，基本实现了绿色建筑的理念。第二，相对于分户集热储热式太阳能热水系统，能够满足高层住宅所有用户的需求。第三，无需额外使用热水计量表。第四，住宅用户可以通过自身对热水的需求，动态调节水温要求，能够实现能源利用效率的提高。但是集中集热分户储热式太阳能热水系统也有着一定的缺点，主要表现为成本造价和维护方面。集中集热分户储热式太阳能热水系统一般会搭配家用空气源热泵辅热，户均造价高于8000元，因此仅在高端住宅项目中获得了应用。

对于集中集热分户储热太阳能热水系统的施工而言，需要遵循一定的施工原则和方法。第一，屋顶的太阳能集热器需要采用串并联的方法，需要充分考虑屋顶的造型和美观性要求，还不能够被屋顶的景观阻挡光线，需要根据地区日照特点和屋顶景观进行合理计算与设计。第二，太阳能热水设备需要占用超过10平方米的公共空间，此空间的占用需要在高层住户内进行均摊，并在项目的初期及时进行申报。第三，循环和储水设备需要布置在单独的设备平台之上，因此在建筑设计阶段就需要妥善考虑，为实现排水设施的畅通，需要在建筑施工时提前保留套管设备的空间。第四，如需设置户外储热水箱，需要在承重墙体上预装配套设备，保证循环管道和电辅热设备的布置空间。综上所述，由于此种太阳能热水系统优势明显，在未来住宅建筑项目中有着广阔的应用前景。

参考文献

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