即开即热户式太阳能热水系统在高层住宅中的应用

时间：2024-07-28

□文 /刘海峰

DB-29-1—2013《天津市居住建筑节能设计标准》中明确规定，12层及12层以下住宅以及经计算年太阳能保证率≮50%的12层以上住宅均应采用太阳能热水系统，太阳能热水系统应统一规划、同步设计、同步施工并与建筑物同时投入使用。

1 太阳能热水系统在高层住宅中的应用现状

相较于其他形式，户式太阳能热水系统具有产权界定清晰、便于维护管理等显著优势，因此该系统被广泛应用于住宅项目中。但从以往的工程实践经验来看，该系统在应用过程中也同样存在一些问题。

首先是与建筑一体化效果差。随着城镇化速度加快和土地供需矛盾，小区规划设计的容积率不断增大，住宅类型从多层建筑逐步转向高层建筑。对于高层建筑而言，狭小的屋面空间无法满足集热面积的需求，不得不将集热器设置于建筑的其他部位。在无保温要求的南方地区，很多项目将集热器与非封闭的阳台栏板、石材幕墙等建筑构件进行结合，而在有保温要求的北方严寒地区，一些项目也将集热器与建筑外檐百叶等建筑构件结合在一起，均取得了较好的一体化效果。即便如此，由于建筑外檐的个性化问题，很多住宅建筑并不具备上述的条件。因此，大多的做法仍然是像贴膏药一样将集热器直接通过连接件固定在外墙上，与建筑一体化的效果较差。

热水供应系统无法实现即开即热。大部分项目在配置太阳能热水系统时，仅仅是将储水水箱设置在阳台内墙壁上，再通过管路将热水引致用水房间。由于阳台至用水房间的管路一般较长且无法进行热交换，用户在开启淋浴时，管内留存的冷水会先期排出。从系统本身的特性来看，在达到预设的淋浴温度前，经混水阀门作用而实际排出的冷水量会比管内留存的冷水量大得多，既造成了水资源的浪费，同时也使得沐浴者不悦。

2 即开即热户式太阳能热水系统模型

与普通户式太阳能热水系统不同，即开即热户式太阳能热水系统在进行模型搭建时就充分考虑和解决了系统的建筑一体化问题以及即开即热的问题。

作为建筑的一个子系统，太阳能热水系统应与其他子系统一同进行规划、设计、施工和投入使用并与建筑本身进行有机的结合。与全玻璃真空管型集热器相比，平板集热器具有抗冲击性好、安全性高、便于维护的显著特点，特别是其外形特征易于与建筑外墙面进行有机结合，因此，在规划和设计时，应优先选用平板型集热器作为集热的核心部件。

在一些工程实例中，为解决即开即热问题，部分用户选择在用水末端增设瞬时电热水龙头，其实这种方式本身就存在一定的弊端。首先是经济性不合理，通过大功率（一般2～3 kW）瞬时加热所耗用的电能，不足以抵补所产出热水的费用，这在大力倡导建筑节能的社会大环境下显然是不合理的。同时应引起注意的是，产品质量对使用寿命和安全性的影响不容忽视。

在搭建系统模型时，为从根本上解决这一问题，通过延长加热介质管线长度，直接将储热水箱设置在卫生间内并通过循环泵站对热媒进行强制智能强制循环，见图1。这种方式既解决了即开即热问题，又大大提高了热媒的换热效率。

图1 即开即热户式太阳能热水系统

3 系统节能

即开即热户式太阳能热水系统节能效率取决于该系统集热部件的得热能力、热媒管线保热传热能力、储热水箱热交换能力。

平板型集热器主要通过吸热体涂层进行吸热，在选用这种类型集热器时，应着重控制吸热体对太阳能的吸收和反射问题，最大限度提高吸收率，降低反射率。众所周知，在寒冷的冬季，平板型集热器基本无法发挥作用。究其原因，主要是由于平板型集热器的集热部件处于开放型环境，在低温环境下吸热体吸收的热量未经交换便散出去。因此，作为集热器厂商应尽量提高集热器自身的保热能力，例如：增加保温厚度、增加边框密闭性能、采用中空玻璃盖板以及改善内腔流道等。

系统的热媒管线较长是造成热损失的一个主要原因。为使集热器得的热能够快速高效的与储热水箱中的冷水进行热交换，在做好管路保温的同时，通过在热媒管路上设置循环泵对介质进行强制循环来提高介质流动速度。

由于强制循环的介质克服管道阻力能力强，因此储热水箱采用铜盘管形式更有利于内热交换。

4 系统节点设计

4.1 平板集热器与外墙体连接

平板集热器边框、背板及内芯材料均为金属材质，其自身重量较大，因此在设置于建筑（特别是高层建筑）外墙面时不仅要考虑集热器与外墙的一体化效果问题，同时也必须充分考虑集热器在风载、雪载等环境因素共同作用下的防坠落安全问题，应确保与墙体的连接件牢固可靠且具备足够的抗老化、抗锈蚀能力。

综合考虑上述因素，在进行建筑外墙设计时，应预先在结构墙体外侧沿集热器周圈设置现浇钢筋混凝土挑檐，在确保承受来自集热器的最不利载荷的同时，结合外檐立面装饰效果综合考虑挑檐厚度。主体施工时，上下挑檐内侧应预埋埋板，在完成外墙保温及底涂施工后，通过Z型标准挂件将集热器嵌挂在墙面上。

为便于集热器安装，在集热器与挑檐之间应预留30mm的操作空隙，待集热器紧固完毕后用泡沫棒塞紧。然后用不锈钢螺栓将装饰烤漆钢固定，周圈缝隙满打耐候密封胶，见图2。

图2 集热器与外墙紧固

4.2 储热水箱的设置

与普通电热水器不同，即开即热户式太阳能系统的储热水箱虽然也设置于用水点上空，但水箱在位置及高度的选择上是有条件的。在位置上，首先应留足储热水箱、太阳能泵站的安装间距，为便于管路的连接，二者的净距不宜＜450mm，这在一定程度上限制了储热水箱的安装位置。在安装高度上，应确保太阳能泵站低于水箱液面高度100mm以上，以80 L太阳能水箱为例，太阳能泵站的安装高度距顶板应≮230mm，这在一定程度上限制了卫生间吊顶的高度。