太阳能热水系统在建筑中的应用

太阳能热水系统在建筑中的应用

王文

中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司云南昆明650200

摘要：分体式太阳能热水器是指储水箱与集热器分开的户用太阳能热水装置，是一种间接式热交换、强迫式双循环的分离式承压热水系统。本文结合工程实际，主要介绍分体式太阳能热水器的相关知识及施工工艺、工艺要点、质量控制要求及技术控制措施。

关键词：分体式太阳能热水器应用施工工艺质量控制

1引言

随着传统能源(煤、电等)的日益紧张，利用太阳能解决低温热水(<100℃)越来越深入人心、深入生活。低温热水(<100℃)太阳能热水系统也是当前太阳能热利用中最成熟，经济最具竞争力，应用最广泛、产业化发展最快的领域。

2太阳能热水系统技术简介

太阳能热水系统由以下部分组成：太阳能集热元件、保温水箱、控制系统、管道系统、动力系统及辅助热源。通过不同的运行方式，使太阳光能充分转化为热能，配以适当的辅助能源(电力、燃气等)，构成比较稳定的热水系统，为一栋或数栋建筑物供应热水，并与建筑物同时设计、同时施工、同时投入使用。

3分体式太阳能热水器简介及优点

分体式太阳能热水器是指储水箱与集热器分开的户用太阳能热水装置，是一种间接式热交换、强迫式双循环的分离式承压热水系统。

3.1分体式太阳能热水器的优点

与其他太阳能热水器相比，分体式太阳能热水器在与建筑结合方面有着很多的优点：

3.1.1集热器与贮热水箱分离，实现了太阳热水器与建筑的完美结合；

3.1.2系统承压运行，可以多路供水，满足多处同时供热水的需要；

3.1.3水箱可配辅助电加热器，保证在阴雨天气仍能供应充足的热水；

3.1.4水箱可放置于室内，减少热损；

3.1.5储水量大、功能齐全。

3.2分体式太阳能热水器的分类

分体式太阳能热水器按循环方式分类可以分为自然循环和强制循环两种。

3.2.1自然循环分体式太阳能热水器是指储水箱与集热器分体，依靠热虹吸原理实现循环吸热的户用太阳能热水器。这种方式安装的技术要求为：储水箱必须高于集热器储水箱，与集热器距离不能太远，循环管路不能出现反向坡度。

3.2.2强制循环分体式太阳能热水器是指储水箱与集热器分体，配备控制器和循环泵实现吸热介质的循环吸热。这种方式比自然循环分体式太阳能热水器更加灵活，对安装位置等条件要求不高。

3.3分体式太阳能热水器的系统选择

分体式太阳能热水器采暖系统较复杂。一般按以下两种情况选择系统计算：

3.3.1按采暖热量需求配置集热器，该类所需的集热器面积大，投资多。冬季采暖可节约大量常规能源，但在春、夏、秋季时会产生大量热水，远远超出用户的热水需求，造成大量的能源浪费和投资浪费。

3.3.2按热水需求配置集热器，该类所需的集热器面积小，投资少，但冬季采暖时太阳能热水系统只能提供很少的能量，要用常规能源来提供大量的采暖所需的能量。

在实际应用当中，应根据地区日照时间、地区气候、建筑使用要求等因素选择经济、适用的系统。

4分体式太阳能热水器的应用

4.1适用范围及案例

分体式太阳能热水器可以安装于别墅、多层、高层建筑的屋面或墙壁、阳台上，也可以安装于厂房、办公楼等的屋顶上，它代表了太阳能热水器的发展方向，并且应用也越来越广泛；它还可以实现多路供水，如同时洗浴、洗手、洗莱等，并且水压较大，能够进行淋浴、冲浪浴等。

武警昆明消防指挥学校学员宿舍工程，该工程位于云南省昆明市官渡区阿拉乡小石坝村，总建筑面积11928㎡，框架结构，地上5层，局部负一层，建筑高度17.10m，居住人数：约1550人。

该建筑分为A、B、C三区，共设2套太阳能热水集热系统：2座热水箱（4.8X4.2X1.8），总重32T/座；系统设计安装配置4台太阳能系统循环泵(TP50-290/2Q=9.0L/s,H=22m,N=3.0KW)，2用2备；系统设计安装配置4台热水系统循环泵（TP40-120/2Q=1.5L/s,H=10m,N=0.4KW)，2用2备；太阳能集热板900㎡；系统采用温差强制循环方式加热，每天正常日照时间，可产45-80°C的热水60T。本工程安装符合设计及规范要求，现已投入使用7年左右，经使用单位反馈，系统运转良好，热水充足，环保节能。

4.2施工前要求

4.2.1本工程是设置在屋面上的太阳能热水器，在屋面做完保护层后安装；

4.2.2屋面结构能承受新增加太阳能热水器设备的荷载；

4.2.3太阳能热水器安装的位置，保证充分的日照强度。

4.3施工工艺及技术措施

4.3.1工艺流程

安装准备→支座架安装→热水器设备组装→配水管路安装→管路系统试压→管路系统冲洗或吹洗→温控仪表安装→管道防腐→系统调试运行

4.3.2安装准备：

a根据设计要求开箱核对热水器的规格型号是否正确，配件是否齐全。

b清理现场，画线定位。

4.3.3支座架制作安装：

本工程采用成品现场组装。其支座架地脚盘安装符合设计要求。

4.3.4热水器设备组装：

a本工程采用管板式集热器，它是目前广泛使用的集热器，与贮热水箱配合使用，倾斜安装。集热器玻璃安装顺水搭接或框式连接。

b集热器安装方位：在北半球，集热器的最佳方位是朝向正南，最大偏移角度不得大于15°。

c集热器安装倾角：最佳倾角应根据使用季节和当地纬度确定。由于本工程是全年使用，倾角比当地纬度大10°。

4.3.5直接加热的贮热水箱制做安装：

a给水应引至水箱底部，采用补给水箱配水方式。

b热水从水箱上部流出，接管高度比上循环管进口低50~100mm，为保证水箱内的水能全部使用，从水箱底部接出管与上部热水管并联。

c上循环管接至水箱上部，比水箱顶低200mm左右，但要保证正常循环时淹没在水面以下，并使浮球阀安装后工作正常。

d下循环管接自水箱下部，为防止水箱沉积物进入集热器，出水口高出水箱底50mm以上。

e由集热器上、下集管接往热水箱的循环管道，应有不小于0.005的坡度。

f水箱设有泄水管、透气管、溢流管和需要的仪表装置。

g贮热水箱安装要保证正常循环，贮热水箱底部必须高出集热器最高点200mm以上，上下集管设在集热器以外时应高出600mm以上。

4.3.6配水管路安装：

a为减少循环水头损失，尽量缩短上、下循环管道的长度和减少弯头数量，采用大于4倍曲率半径、内壁光滑的弯头和顺流三通。

b管路上不设置阀门。

c集热器采用混联方式，保证循环流量均匀分布，为防止短路和滞流，循环管路对称安装，各回路的循环水头损失平衡。

d为防止气阻和滞流，循环管路（包括上下集管）安装不小于0.01的坡度，以便于排气。管路最高点设置自动排气阀。

e循环管路系统最低点设置泄水阀，使系统存水能全部泄净。每台集热器出口设置温度计。

f水泵安装满足100℃高温下正常运行。

g间接加热系统高点增设膨胀管。

4.3.7管路系统试压：在未做保温前进行水压试验，其压力值为管道系统工作压力的1.5倍。最小不低于0.5MPa。本工程现场试验压力为1.0MPa，满足设计要求及规范规定。

4.3.8系统试压完毕后做冲洗或吹洗工作，直至将污物冲净为止。

4.3.9热水器系统安装完毕，在交工前按设计要求安装温控仪表。

4.3.10按设计要求做防腐和保温工作。

4.3.11太阳能热水器系统交工前进行调试运行，系统上满水，排除空气，检查循环管路无气阻和滞流，机械循环检查水泵运行情况及各回路温升均衡，做温升记录，水通过集热器温升3~5℃，符合要求。

4.4质量要求及其保证措施

4.4.1保证项目：

a太阳能热水器系统的水压试验结果和贮热水箱满水试验必须符合设计要求和施工规范规定。检验方法：检查系统试验记录和水箱满水试验记录。

b太阳能热水器系统交付使用前必须进行冲洗或吹洗。检验方法：检查冲洗或吹洗记录。

4.4.2基本项目：

a贮热水箱支架或底座的安装应埋设平整牢固，尺寸及位置符合设计要求，水箱与支架接触紧密。检验方法：观察和对照设计图纸检查。

b水箱涂漆应附着良好，漆膜厚度均匀，色泽一致无流淌及污染现象。检验方法：观察检查。

4.4.3允许偏差项目：

4.4.4成品保护

a集热器在运输和安装过程中应加以保护，防止玻璃破碎。

b温控仪表应在交工前安装，防止丢失和损坏。

c太阳能热水器冬季不使用时应把系统水泄净。

4.4.5应注意的质量问题

a正确调整集热器的安装方位和倾角，使其保证最佳日照强度。

b调整上下循环管的坡度和缩短管路，防止气阻滞流和减小阻力损失。

c太阳能热水器的安装位置应避开其它建筑物的阴影，保证充分的日照强度。

d太阳能热水器安装时，应避免设在烟囱和其它产生烟尘设施的下风向，以防烟尘污染透明罩影响透光。

e太阳能热水器应避开风口，以减少热损失。

4.5分体式太阳能热水器的推广

分体式太阳能中央热水系统由于具有水量充足、多点供水、节能安全等特性，以及在经济费用、社会效益等方面具有突出的综合优势，是缓解能源危机的一种更有效的热水供应技术，更适合在太阳能建筑一体化项目中应用推广。壁挂式太阳能作为分体式太阳能的一种，打破了太阳能只能安装在平面屋顶的局限，可以像壁挂式空调一样安装在阳台、墙壁、坡形屋顶等任何地方，解决了高层无法安装的问题，非顶层用户也可以使用，大大提高了太阳能的使用范围。

5其他作用

在我国，包括新建的建筑在内，95％以上的建筑都属高能耗建筑，单位面积采暖能耗高达气候条件相同的发达国家的3倍。目前，我国采暖所需能量约占建筑能耗的近二分之一。因此，采用分体式太阳能热水器作为采暖的辅助能源，是很有效的节能手段。

6结束语

2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《中华人民共和国可再生能源法》以法律的形式确立了可再生能源的地位，目的是通过开发用可再生能源，改善我国的能源结构，保护环境，实现经济社会的可持续发展。加大太阳能热水系统的发展，是符合我国现阶段的发展的。

参考文献(References）

[1]《建筑给排水设计规范》（GB50015-2003）2009年版；

[2]《住宅设计规范》（GB50096-2011）；

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[6]李玉芬，李方军．《分体式太阳能热水器在建筑节能中的利用》；

[7]羊巍巍．《绿色能量融入建筑澳大利亚苏拉哈托太阳能热水器提倡屋顶天窗建筑一体化》；

[8]李汉章．《建筑节能：破解能源“瓶颈”新途径》。