浅谈北京住宅太阳能生活热水系统设计.docx

1、浅谈北京住宅太阳能生活热水系统设计 【摘要】近年来，太阳能热水系统普遍应用于住宅建筑设计中。太阳能取之不尽、用之不竭、清洁并可再生，是未来主要能源之一。它属于每个人的能源，只要有场地与设备，任何人都可免费使用它。正常的太阳能热水器是不易损坏，寿命至少在十年以上，甚至有到二十年的，因为基本热源为免费的太阳能，所以使用它十分符合经济成本效益。 【关键词】太阳能热水系统；集热器；储热水箱 一、北京市对太阳能热水系统的规定 北京市对太阳能热水系统要求，根据北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法的通知京建法 2012 3号文中规定： 1、城镇公共建筑和 7 至 12层的居住建筑，应设置集中式太阳能集热

2、系统。 2、 13 层以下的居住建筑，当屋面能够设置太阳能集热器的有效面积大于或等于按太阳能保证率为 50%计算的集热器总面积时，应设置集中式太阳能集热系统。 3、 13 层以上的居住建筑，当屋面能够设置太阳能 集热器的有效面积小于按太阳能保证率为 50%计算的集热器总面积时，应采取集中式与分散式相结合的太阳能集热系统，亦可采用集中式太阳能集热系统与空气源热泵相结合的热水系统。 4、 6层以下的居住建筑可选用集中式或分散式太阳能热水系统。 辅助热源应当选用城市热网、燃气或低谷电；必须采用普通电时宜采用分散辅助热源形式。 北京市住建委关于进一步提高住宅节能标准的请示中，要求北京地区住宅强制采用太

3、阳能热水系统 12 层及其以下的住宅和 12 层以上 Fwx Ajz 的住宅，应设置供应 楼内所有用户的太阳能热水系统。 Fwx 屋面能够设置集热器面积的有效面积 Ajz 计算集热器总面积 无南向遮挡的平屋面和南向坡屋面的最小投影面积不小于计算集热器总面积的 Ajz2.5 倍 太阳能热水系统必须与建筑设计和施工统一同步进行 集中生活热水系统应设循环加热系统，本条包括太阳能系统辅助热源的加热设备。 二、住宅太阳能热水系统设计实例 笔者以北京金地通州金地格林小镇商品房 14#号楼为例，浅谈住宅太阳能热水系统的设计，对住宅建筑应用的几种太 阳能热水系统做个对比及总结。 14号楼共 18层，两个单元组

4、成，每个单元每层 4户，共计 72户，每户2.8 人，每个单元共计 202 人。太阳能热水系统按一个单位一套系统设计。本楼共计两套太阳能热水系统。 1、太阳能生活热水系统形式比较 1.1 系统特点 -集中集热、集中储热 优点： 可以实现热水资源共享，系统不受楼层高低限制 只有一个系统，运行可靠，上楼维修率低 辅助热源选择种类较多 造价较低 缺点： 增加热水计量装置，如 果入住率低，采用不合适的辅助能源时，则物业运营困难，易出现天价水费。 太阳能热水的成本随天气阴晴和季节不同而变化，运行过程中热水成本变化较大。 冷热水供应方式不同，需考虑冷热水压力平衡措施 集中储热水箱体积较大，占地面积大，如放

5、置在屋顶，需建筑提供水箱间及增加屋顶结构荷载，如放置在地下室，需建筑物提供地下室水箱间且会增加供水泵的投资。 1.2 系统特点 -集中集热、分户储热 优点： 各用户使用自家水箱里的热水和辅助热源，不存在单独计量收费的问题 ，物业无负担。 便于物业管理，系统运行成本与入住率关系很小。 室内水箱承压运行，采用顶水出水方式供热水，冷热水压力平衡。 太阳能资源能够共享，底层用户不存在遮挡问题，适宜多层建筑群使用。 缺点： 户内水箱占用室内空间，换热立管占用室内空间 承压水罐成本稍高 1.3 系统特点 -分户集热、分户储热 优点： 各用户的太阳能相互独立，互不影响，不存在单独计量收费的问题，物业无负担。

6、 用户控制灵活，不需物 业管理，系统运行成本与入住率关系很小。 室内水箱承压运行，采用顶水出水方式供热水，冷热水压力平衡。 缺点： 高密度小区底层用户会存在遮光问题 安装分散，投资稍高 对建筑物立面影响较大 1.4 系统特点比较 系统类型 集中集热集中储热 集中集热 分户储热 分户集热分户储热 运营管理 日常由物业管理 物业无负担 物业无负担 运营成本 高 低 低 系统投资 低 较高 较高 集热器布置 集中布置、影 响较小 集中布置、影响较小 分散设置、有一定影响 用水计量 热水需增加计量装置 热水无计量要求 热水无计量要求 综上所述，本项目太阳能热水系统选择集中集热，分户储热系统，进行设计。

7、 2、太阳能集中集热、分户储热系统设计 图一：太阳能热水系统原理图 2.1 系统原理： 集中集热 -分户储热太阳能热水系统，是将集热器在建筑屋面集中放置，每户配置一套独立的储热水箱，储热水箱内置换热装置和辅助加热装置，公用设备集中放置在楼顶设备间内。太阳能集热器收集的热能通过 循环管道输送至户内储热水箱中的换热装置进行换热来加热储热水箱中的水。当太阳光照不足时，或储热水箱中的水未达到设定温度时，用户可以使用储热水箱内置的辅助加热装置加热供用户使用。集热板与户内的储热水箱热交换的循环管应同程布置，即三根循环管道。循环水泵的用电单独计量，循环水泵的运行费用可与电梯的运行费用合并计算，太阳能热水系统

8、不另行向用户收费。 2.2 太阳能集热器的确定： 根据建筑屋面结构形式，冬天热媒介质防冻等因素，本工程采用平板型太阳能集热器，集热器计算： 根据北京市地方标准民用建 筑太阳能热水系统应用技术规程 DB11/T 461-2010， 根据 3.1.1条：太阳能集热系统应根据平均日用热水量 Qw来计算太阳能集热器的总面积。 根据 3.1.2条：太阳能集热系统贮热水箱内热水的计算温度宜取 60度。冷水的计算温度参考工程所在地春秋季节自来水的供水温度，地下水去10-15 度，地面水取 4度。 根据 3.1.3 条：太阳能集热系统设计平均日用热水量 Qw 计算公式为： Qw=Kqm K=0.6， q=50

9、L/人 .天， m=72*2.8=202 人 Qw=0.6*50*202=6060L/d 根据 3.1.4，第 1 条，直接系统集热器总面积可根据日平均用热水量、热水计算温度和冷水计算温度确定，计算公式为： A=（ Qw*C*p*（ tr-tl） *f） /（ J*j* （ 1-t ） C=4.187（ KJ/Kg. ）， pr=0.983Kg/L， tr=60 ， tl=15 ， f=50%，J=17000KJ/m2*d， j=50% ， t=15% Ajt=6060*4.187*0.983*（ 60-15） *50%/（ 17000*50%*（ 1-15%） 78m2 根据 3.1.4，第

10、 2 条，间接系统集热器总面积可按下式简单计算： Ajj=1.1*Ajt=1.1*7886m2 集热板每块 2m2，共计 43 块集热板，安装在建筑屋面混凝土结构基础上，安装倾角 30 ，采用钢结构架空补充。 2.3 本工程每单元采用一套太阳能热水系统，每个系统独立控制，为每户提供热量，每户配置 80L 横式储热水箱。 根据 3.1.7 条：太阳能集热系统贮热水箱容积计算： V=qrjd*Aj=60*86=5160L，共计 72户。 V户 =5160/72=72L，每户设置80LL 横式储热水箱。 2.4 屋顶机房内太阳能循环泵，应采用减震措施。 2.5 运行原理： a、集热循环控制：太阳能集

11、热部分采用定温循环加热，系统通过检测集热器的温度来实现集热循环，当集热器的温度 T1 达到设定温度时（设定55 ，温度值可设定），循环泵 P1 启动，将各户储热水箱盘管内的水顶入集热器，集热器内的热水进入各户储热水箱盘管，对储热水箱内的水进行换热，在循环加热过程中，水不断升温，集热器的温度不断下降，当集热器上的温度 T1 低于设定 温度 25 时（温度值可设定），循环泵 P1 停止，这样的加热方式保证只要集热器吸收到热量就很快地传递到各户储热水箱中，能够提高系统的启动速度更快的提供出达到使用要求的热水。 b、用户储水箱辅助电热：若用户储热水箱内的水温达不到设定温度，则启动水箱内电加热，当达到设

12、定温度时，电加热停止，用户需要采用辅助电加热时，换热横管进水管路上的电磁阀关闭（或采用手动阀门），防止系统循环将热量带走。系统防冻：屋顶太阳能集热循环管路中的介质为防冻液，冬季也不会出现冻堵现象。热水热媒水侧管道循环管路介质为水，循环泵采用温 度 4 起泵循环，防止冻堵现象。 三、结束语 本文结合已做过的工程实例，浅谈了太阳能热水系统在住宅中的应用。今后新建的住宅里，越来越多的使用太阳能热水系统。怎么选择合理的太阳能热水系统，怎么设计的更加合理，节能，运行高效，将成为今后设计研究的重点。 参考文献： 民用建筑太阳能热水系统应用技术规程 DB11/T 461-2010 北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法的通知京建法 20123 号 民用建筑太阳能热水系统工程技术手册（第二版） 郑瑞澄主编 北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法的通知京建法 20123 号