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1、太阳能热水供高层住宅供暖及生活用热水 彭裕鸿摘要：本文针对某住宅的太阳能热水系统设计，分析了系统设计中存在的问题，并提出了解决方案。根据优化方案对原设计的太阳能热水系统进行了优化设计，以保证系统运行的可靠。 关键词：高层住宅；太阳能；生活热水；优化设计 引言 我国是常规能源缺乏的国家，快速发展的经济和不断提高的生活水平，使得对常规能源消耗越来越多，需求新的可替代，环保的能源显得尤为重要，太阳能是一种 可循环利用的能源，取之不完、用之不尽，且具有很多的优越性，如在使用过程中不产生任何的环境污染。建筑在建造和使用过程中消耗了大量的能源来满足生活生 成的需要，正因为如此，世界各国都把太阳能利用方面的
2、技术广泛运用到建筑中，使之成为建筑节能减排、绿色环保的重要组成部分，研究太阳能利用与建筑的“一 体化设计”已成为解决能源危机的一种重要途径。光电利用和光热利用是太阳能利用的两种基本形式，由于光热利用在技术上发展最早，最成熟，且具有较高的经济 性、实用性以及可操作性，所以成为了世界范围中最主要，最普及的太阳能利用方式。大量的国内外统计数据表明，太阳能热水系统应用广泛，前途光明，其技术具 有很高的有效性。高层住宅与太阳能热水系统一体化设计，是指在建设，规划设计城市高层居住区之始，将太阳能热水系统的利用方式融入到设计之中，使“高层住 宅的太阳能热水系统”成为建筑的组成部分，其所有构配件成为建筑设计的
3、元素，与其他各专业统一设计、施工，再调试，验收后交由用户使用。 一、工程概况 某工程1A地块以1幢58层的超高层住宅为主体，建筑高度182.6m(不包含塔楼)，整个基地内设置双层地下车库，配置2层辅助用房和商业用房。地上 58层，其中裙房部分2层，层高均为4.5m，其它层高均为3.lm。本文通过对这个案例进行分析，对其热水供暖问题进行分析。 二、热水供暖系统的含义 民用建筑物和住宅物常采用热水供暖系统，系统按循环动力不同，可分为重力循环系统和机械循环系统，重力循环系统是靠供回水的密度差而进行循环流动的系 统，但因其作用压力小，管道中水流速度不大，所以作用范围也受到限制，通常只能在单栋建筑物内使
4、用，作用半径不超过。机械循环系统是以循环水泵为循环动 力，靠水泵的机械性能使水在系统中强制循环，该系统是不受供暖位置高低以及作用半径影响的一个闭式循环热水网。在民用及公用建筑物中，此系统应用较为广 泛。 二、太阳能热水系统的分类 按运行方式分类。自然循环系统：利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差所形成的自然对流进行 循环的太阳能热水系统，在该系统中，为了保证必要的热虹吸压头，储水箱应高于集热器上部，这种系统结构简单，不需附加动力。直流式系统：传热工质一次流过 集热器加热后便进入储水箱或用热水处的非循环太阳能热水系统，储水箱的作用仅为储存集热器所排放的热水，该系统一般可采用非电控温控阀控制方式
5、及温控器控 制方式，强迫循环系统：利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器或换热器进行循环的太阳能热水系统，该系统通常采用温差控制、光电控制、定时器控制 等方式。 三、太阳能热水系统的集中供热 （一）集中集热 太阳能热水系统该系统也称分户计量、集中集热、集中辅助 加热系统，系统采用模块式太阳能热水系统，集热器集中放置，设置满足用户需求量的集中储热水箱，控制系统、循环装置与其他辅助设备放置在设备间或屋面。集 热器接受太阳照射温度升高，智能控制系统循环泵启动或停止，将储热水箱底部的低温水顶人集热器，将集热器中高温的热水顶人储热水箱，通过往复循环，加热储 热水箱中的水，供给一幢或数幢建筑物所需热
6、水。热水供应采用强制式，供水系统主管道定温循环。热水分户计量，存在热水收费问题。太阳能系统与常规能源 (电)或空气源热泵结合可实现全天候热水供应。 （二）集中集热弓全户储热太阳能热水系统 该系统的太阳能集热器集中放置在屋 面，系统不设集中储热水箱，每户设置一个储热水箱，水箱内置换热盘管和电辅助加热装置，控制系统、循环装置及其他辅助设备放置在楼梯间或屋面。集中放置的 集热器接受太阳照射温度升高，智能控制系统控制循环泵启动或停止，热媒在集热器与多个储热水箱之间换热循环，热媒通过换热装置与储热水箱中的水进行热量交 换，加热储热水箱中的水。热水采用顶水式供水，保证了冷热水供水同源等压，使用方便舒适。用
7、户的用水系统与太阳能热循环系统分开，太阳能热水系统向用户提 供的是热量而不是热水，故不向用户收取热水费用。每户的辅助热源一般采用电加热，太阳能系统与电加热结合可实现全天候热水供应。 （三）分户太阳能热水系统 将壁挂式太阳能热水器放置在住宅的南立面相关部位中，如阳台、飘窗、窗间墙等光线遮挡较少的地方，点式、条式高层住宅由于住户多、屋顶面积有限，再加上 管线距离太长，基本不可能将所有太阳能热水系统的集热器放置在屋顶上；另外根据人均每天使用的热水量可计算出集热器的面积，应在建筑中采用灵活的布置方 式，与高层住宅的立面造型相结合，将集热器设计成为立面的构成要素。在这里需要考虑到楼间距的影响，避免出现相
8、互遮挡的情况，如果是位于北向的住户，则需 要根据建筑的体型、立面设计统筹考虑。 四、屋面构架太阳能集中 （一）分散供热系统原理 加热控制在工厂内预制好 集成管线、集热管等组成的集热器模块，太阳能通过集热管中的介质传递到水箱中和水进行热交换，这种系统不怕冻，不会造成真空管结垢。炸管能承压运行，即使 有真空管损坏的状况，系统仍能正常运行。集热器安装在屋面架空钢筋混凝土构架上，可以设计成水平或者倾斜，细长密集的集热管作为里面的小构架，形成屋顶的 遮阳构架，使原来单一的屋面钢筋混凝土构架多样化，美化屋面装饰。 （二）储水箱的设置 每个单元于出屋面的楼电梯间上面设置一个独立的水箱，集热器与水箱间的距离较
9、短，热量损失较少。 （三）用户水箱加热控制 当太阳能充足时，通过检测储水箱中水温和用户末端的温度差来控制一次热水循环换热泵的启动和停止，通过换热形式来加热用户水箱内的水；当太阳能不足时，每户的储热水箱中都配有一个的水电隔离的电加热，用户可以自行开启电加热加热水。 五、供暖系统中前端热、末端不热 在垂直系统中，存在末端立管不热现象；在水平系统中，存在末端散热器不热的现象。在垂直系统中末端立管不热的原因有二：一为末端存在气塞，中断了末端立 管的水循环，二是供暖系统水平失调。特别是异程系统，每环的立管数目较多时，末端立管中流量必然过少。水平双管系统末端散热器不热的原因是一副立管所带散 热器组数太多，
10、又未做精确的水力计算，以致造成先天水平失调。采取的措施：对末端立管不热现象，若为气塞所致，则改正坡度使之顺利排气即可；若为水平失 调，应采用同程式系统。水平支路末端散热器不热时，应将支路改为同程式，如果采用异程式，则支路所带散热器的组数不宜太多，且每组均应装调节阀门，最好用 单管串联，用双管时一定要用同程式，并且应在计算的基础上适当放大末端的管径，以保证流量和热量。 六、组合式太阳能热水系统 （一）系统原理 该系统是将阳台壁挂式和集中集热弓全户储热太阳能热水系统组合在一起应用在同一幢住宅上：在日照充足的高层住宅上部，采用阳台壁挂式太阳能热水系统(设 在南阳台外墙隔板上或南面外墙隔板上)；在日照
11、时数小于4h的高层住宅底部下层采用集中集热弓全户储热太阳能热水系统(集热器放置在屋面，换热水箱放置在 户内)。 （二）系统优点 1.较好解决了高层住宅下层住户利用太阳能热水的问题，做到每户都能享受到太阳能。2.热水供应全部是顶水式，使用舒适。3.各户用热水能耗计费可通过收取自来水费、电费等实现，物业管理不需要二次计量和收费。 （三）适用范围 高层、超高层住宅。 结束语 在高层建筑中，尤其是在日常能源匮乏的今天，加强对太阳能热水供暖的研究是很重要的。太阳能在建筑中的应用逐渐成为建筑节能的主要发展方向，本文就通过 对高层建筑中太阳能供暖及生活用水方面的分析，从太阳能热水供暖系统含义、热水供暖系统的分类以及太阳能的供热方面进行分析，从而对太阳能在高层建筑中的 应用进行分析，使得太阳能热水系统与建筑的整体结合。 参考文献： 1向平.太阳能热水系统在住宅中的应用J.建筑节能,2014,04. 2吕君.太阳能热水系统在高校公共浴室中的应用J.低温建筑技术,2014,04. 3李娜.热水供暖系统中常见的问题及对策J.技术与市场,2014,03.顶管位置主要位于粉质粘土层，地下水位以下。开挖竖井过程中如出现异常地质情况，及时与设计单位联系，进行协商处理。施工前应与铁路供电段、电务段、通信段联系，首先探明铁路两侧施工范围内各种管线位置、埋深、并进行监护和防护。
