（1）高层住宅

　　高层住宅本身就标志着现代科学技术在建筑工程领域的成就，太阳能热水器一体化的设计可与之相辅相成。由于管线和住户密度的原因，高层建筑中的太阳能集热器常常安装在墙面和阳台，顶部的集热器只能为上部几层提供热水。所以首先讨论竖用。直面上集热器与建筑的协调。

　　首先，可以利用较大面积的集热器加强垂直构思。我国的高层住宅，特别是塔式住宅，平面会有一些变化，但其体形特征多为高耸挺拔。进一步加强垂直构思，可以使其更富于现代风格。集热器可以集中连续布置，也可以与窗或阳台的凹凸处理结合形成竖向的划分，使整个建筑在垂直方向上形成强烈的韵律感。太阳能热水器的水箱应当尽量放置于室内，以免破坏立面整体效果，常常选用强制循环式或直流式集热器，并采用顶水式的管路。

　　集热器的利用还可以体现在住宅部件和材料的处理上。近年高层住宅，常在顶部或外凹部拉梁采用特有的体形或符号来加强标志性，以避免单调的感觉。太阳能集热器由于采用了吸收性涂层而具备特殊的色泽和质感，其表面非常光亮，如果将其与高层顶部的电梯间或水箱间结合，既可以起到装饰的作用，也能为上部几层的住户提供生活热水。在一些热带或亚热带地区的住宅中，常采用大面积的玻璃窗，但又必须配备遮阳构件，利用出挑的集热板充当遮阳体。由它形成的阴影增加了造型的虚实对比和空间的层次。

（2）多层住宅

　　多层住宅太阳能热水器一体化设计首先可以从形式和体量出发，由于集热器需要南向的坡屋面或墙作为安装的依托，争取尽量多的实体面积和可利用空间就成为一体化住宅形体设计的指导思想。通常可以使用退阶和半接地式的设计。通过立体构成的切割手法，使整个体量的横断面类似于台阶或三角形。

　　太阳能热水器一体化设计还可以借助局部的构件来表达技术特征和现代风格，因为受功能的影响， 多层住宅体型的变化常会受到局限，此时局部的处理和构件的形式将起到重要的作用。

3 构造方案与系统选择

　　太阳能热水器一体化住宅外观设计的美学原则和手法以及构造方案与系统选择，是建筑师对太阳能热水系统所做的二次产品设计和加工，是实现“ 一体化”的关键步骤。内容包括安装部位选择和构造方案设计，既要考虑到保证太阳能热水器的工作效率，又要与住宅的结构、使用功能以及美观相协调。为了保证足够的日照时数，集热器可能的安装位置包括屋顶和南向的外墙和阳台。下面就不同的安装部位进行讨论。

（1）屋顶部位

　　当太阳能热水器安装在屋顶时，由于其位置较高，可以形成自然压头，管路选择比较灵活，既可以选择顶水式，也可以选择落水式。相应集热器类型也有较大的自由度，自然循环式、强制循环式和直流式均可。但住宅屋顶形式有平屋顶和坡屋顶之分， 所以需要重点解决太阳能设备与不同屋顶形式的有机结合和连接。
　　就热水器的安装而言，平屋顶的优点是施工比较方便，集热器或支架与屋顶结构的连接技术难度较小。而且平屋顶在一般视点是无法看到的，因此不需过多考虑集热器的外形与建筑立面的协调。考虑到由高层或其他位置能够看到平屋顶的情况，集热器只需排列整齐即可。而坡屋顶安装太阳能热水器，根据其坡度不同，可以直接将集热器安装在屋顶，也可以用支架安装，但都要做到不影响房屋的使用和外观。实际上，我国许多住宅的坡屋顶都是相对稍缓。稍缓的倾角更有利于集热器接受太阳漫射辐射，可以不必另行安装支架。由于坡屋顶正常视高一般可见，集热器可以起到丰富其外观的作用。缺点是施工会牵扯到防水的问题，技术上相对复杂。

　　1）平屋顶的安装

　　太阳能热水器在平屋顶安装时，要注意集热器的平面安装位置。应当尽量减少水平管路的长度， 将集热器置于卫生间的上方。优点是此处的楼板为现浇混凝土结构，有利于设置管路和固定支架。
　　如果用户选择循环式热水器，则集热装置必须按一定角度倾斜安装，集热器须外加支架与屋面结构相连接。支架的冷轧钢板的厚度不应当小于2mm，不锈钢板的厚度不应小于1.5mm。屋面构造上可以在柔性防水上另加40mm厚混凝土刚性防水层，预埋铁件与支架焊接或螺栓连接。
　　如果用户选用了直流式热水器，则集热器可以直接水平安装在屋顶上方，减小风荷载，增加系统的安全性。而且，由于集热管和反射板的遮挡，使屋面的隔热作用有所加强，从而降低住宅顶层夏季室内温度，也使构造连接的热桥效应减至最小。调试时， 安装人员根据当地的位置和自然地理情况旋转集热管，将吸热体的角度调整为最佳，就可以达到比较好的集热效率。

2）坡屋顶的安装

　　一般循环式太阳能集热器均需要一定的倾角， 利用坡屋顶的结构坡度是很自然的。由于坡屋顶楼面下一般有吊顶空间，可以容纳横向管路，所以集热器的平面位置可以比较灵活。
　　在设计中，最好选择集热器与储水箱分离的热水系统，将储水箱置于吊顶内，可以减少屋面的荷载。在采用自然循环时，要求集热器不高于水箱水位；而采用强制循环则没有这种限制。
　　另一方面，我国出现了质量分布比较均匀的水箱— 集热器一体化太阳能热水器。屋脊式太阳能热水器克服了单管上下水不能24小时随时用热水及操作繁琐的缺点，上水无需任何操作，通常天气热水随开随用，结构独特，适合于人字形屋顶，重心低，安装极其方便、稳固。坡屋顶横管式太阳能热水器最适合坡屋顶平房或楼房，水箱外形像“ 饼干”一样平贴于斜屋面，克服了各种太阳能热水器重心高、在坡屋顶上安装困难等缺点，安全可靠，外形平整，成片安装整齐美观，已大量被房地产公司配套安装。其共同的特点是水箱与集热器结合在一起，降低了管路的造价。

（2）墙面与阳台

　　在墙面或阳台安装太阳能热水器，可以减小管路的长度。对于高层住宅是其他安装方式不能替代的。而且其位置往往处于立面的视觉焦点，可以成为立面构成的重要因素，这也更加符合一体化设计的思想。由于与用水端没有足够的高差，所以在墙面或阳台安装的系统必须采用顶水式管路。而且同坡屋顶一样，应尽量选择集热器与储水箱分离的系统，可以减小坠落伤人的概率。根据使用情况的不同，构件连接可以分为固定式和活动式两种情况。

　　1）固定式

　　固定式是指热水器在安装后用户不再移动其位置或角度。所以要求集热器在安装之初就能够达到比较好的效率，而且又不会造成立面的混乱或造成不安全因素。很明显，斜向悬挑的固定集热器无论在力学上还是心理上，都会形成不安全因素。所以在当今的技术条件下，比较现实可行的方案是在竖直墙面上安装直流式横向集热管和在阳台倾斜栏板上安装热管式或平板式集热器。集热器可单独悬挂于建筑物向阳的阳台或外墙窗口下方，彻底解决高层建筑低层住房想装却怕管道太长及屋顶无法安装诸多难题。水箱悬挂于阳台地面或室内墙角。全自动，拧开龙头即可用热水。管道基本不在室外，冬季不怕冻结，由于独特的聚光专利技术，以及消除集热器表面落灰的方便条件，冬季水温比屋顶式高得多。

2）活动式

　　活动式连接是指集热器可以由用户控制而在支架滑轨上运动，使其可以贴于竖直墙面，也可以斜出以达到最佳的集热效果。活动式连接是循环式集热器常常采用的方式。比较理想的一种情况是将支架安装在窗户的上方，除支架外其余部分可以收起。使用时，将集热器放至适当位置和角度，在集热同时起到遮阳的作用，尤其适合夏季太阳高度角比较高的情况。在外挑支架上设有档位，可使集热器在不同季节分别处于最佳的倾角。集热器的打开和收起可利用下端的拉杆完成。缺点是由于集热器已经位于窗上过梁位置，该层已没有足够空间容纳水箱，所以采用自然循环时水箱必须置于其上一层户内。但如果大规模建造或采用强制循环，则上述不便也不成为问题。此外，活动式连接还可以应用在阳台的竖直栏杆或栏板外侧。

4 结语

　　住宅太阳能热水器一体化的设计将与现有住宅在形式和风格上存在比较明显的差别，在样式各异的住宅中独树一帜，无论对住户还是开发商，其独特的可识别性都是有吸引力的。更为重要的是，这种一体化的设计所代表的是一种新生事物，其前途和生命力都是无可限量的。

参考文献：

　　[1] 严铭卿，太阳能热气流筒的热力- 流体分析［J］.煤气与热力，1992,（4）:47-53.
　　[2]乔力，余光保，葛新石，等.太阳能集热器长度的优化计算［J］. 煤气与热力，1997,(4):36-28.45.
　　[3]乔力，余光保，葛新石，等.太阳能集热器系统的仿真研究［J］. 煤气与热力，1997,(5):36-40.
　　[4]乔力，余光保，葛新石，等. 太阳能集热器系统热性能的模拟计算.煤气与热力，1998,(1):48-53

太阳能热水器集中供热系统设计实例

陈伟

提要 通过太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计实例,介绍其设计要点及安装过程中应该注意的问题。

关键词 太阳能热水器 集中供热 住宅

0 前言

目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展。家用太阳能热水器走进了千家万户。据资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。浙江省年平均日照量在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。但是太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙把热水引下,在外墙凿洞进入室内。由于所采用的塑料管颜色不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动,极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。针对上述情况,笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设计内容之一,以避免上述情况的出现。本文是太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用情况,不足处敬请同行指正。

1　工程概况

该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。前三期未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热水器而引起的邻里纠纷不断。四期建筑面积4.2万m2,都为6层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。供水方式为小区消防生活水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。水池集中设置在小区绿化带内。结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做法。决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工,并同步交付使用。设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、充分发挥设备功效。

太阳能热水器集中供热系统设计实例

陈伟

提要 通过太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计实例,介绍其设计要点及安装过程中应该注意的问题。

关键词 太阳能热水器 集中供热 住宅

0 前言

目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展。家用太阳能热水器走进了千家万户。据资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。浙江省年平均日照量在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。但是太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙把热水引下,在外墙凿洞进入室内。由于所采用的塑料管颜色不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动,极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。针对上述情况,笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设计内容之一,以避免上述情况的出现。本文是太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用情况,不足处敬请同行指正。

1　工程概况

该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。前三期未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热水器而引起的邻里纠纷不断。四期建筑面积4.2万m2,都为6层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。供水方式为小区消防生活水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。水池集中设置在小区绿化带内。结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做法。决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工,并同步交付使用。设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、充分发挥设备功效。

2　太阳能热水器的选型

　　浙江省市场上太阳能热水器品牌繁多,所以选型是整个设计的关键。设计人员协同开发商本着如下原则选型:①生产厂家应具有多年的生产经验、技术力量雄厚,有完善的售后服务体制。②太阳能热水器贮水箱耐腐蚀、无毒、保温性能好、外形美观。③要求产品热效高、强度大、质地轻、设备运行可靠、故障少。④价格合理,以减少开发商的投资。

经多方比较后,确定选用带卧式副水箱全自动型产品(坡屋顶式)。该型号适用于坡屋顶,克服了现有技术各种太阳能热水器重心高,在坡屋顶上安装困难等缺点,安全可靠、外形平整,成片安装整齐美观。安装贮水箱位置由建筑专业做相应处理。表1为该产品与浙江省家用太阳能热水器地方标准的比较情况,表2为该产品性能参数。

表1　选定产品与省标比较

项目 浙江省标准 选定太阳能热水器
保温 聚胺脂发泡40mm 聚胺脂发泡50mm
热性能/% 45 51
水箱内胆/mm 0.5 0.5
（3042B不锈钢） 0.4 0.8
承压耐压要求/MPa 2倍于热水器的 0.05MPa空气检漏
非承太耐压要求 水压检漏

太阳能热水器集中供热系统设计实例

陈伟

提要 通过太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计实例,介绍其设计要点及安装过程中应该注意的问题。

关键词 太阳能热水器 集中供热 住宅

0 前言

目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展。家用太阳能热水器走进了千家万户。据资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。浙江省年平均日照量在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。但是太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙把热水引下,在外墙凿洞进入室内。由于所采用的塑料管颜色不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动,极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。针对上述情况,笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设计内容之一,以避免上述情况的出现。本文是太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用情况,不足处敬请同行指正。

1　工程概况

该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。前三期未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热水器而引起的邻里纠纷不断。四期建筑面积4.2万m2,都为6层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。供水方式为小区消防生活水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。水池集中设置在小区绿化带内。结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做法。决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工,并同步交付使用。设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、充分发挥设备功效。

2　太阳能热水器的选型

　　浙江省市场上太阳能热水器品牌繁多,所以选型是整个设计的关键。设计人员协同开发商本着如下原则选型:①生产厂家应具有多年的生产经验、技术力量雄厚,有完善的售后服务体制。②太阳能热水器贮水箱耐腐蚀、无毒、保温性能好、外形美观。③要求产品热效高、强度大、质地轻、设备运行可靠、故障少。④价格合理,以减少开发商的投资。

经多方比较后,确定选用带卧式副水箱全自动型产品(坡屋顶式)。该型号适用于坡屋顶,克服了现有技术各种太阳能热水器重心高,在坡屋顶上安装困难等缺点,安全可靠、外形平整,成片安装整齐美观。安装贮水箱位置由建筑专业做相应处理。表1为该产品与浙江省家用太阳能热水器地方标准的比较情况,表2为该产品性能参数。

表1　选定产品与省标比较

项目 浙江省标准 选定太阳能热水器
保温 聚胺脂发泡40mm 聚胺脂发泡50mm
热性能/% 45 51
水箱内胆/mm 0.5 0.5
（3042B不锈钢） 0.4 0.8
承压耐压要求/MPa 2倍于热水器的 0.05MPa空气检漏
非承太耐压要求 水压检漏

表2 性能参数

项目 浙江省标准 选定太阳能热水器
保温 聚胺脂发泡40mm 聚胺脂发泡50mm
热性能/% 45 51
水箱内胆/mm 0.5 0.5
（3042B不锈钢） 0.4 0.8
承压耐压要求/MPa 2倍于热水器的 0.05MPa空气检漏
非承太耐压要求 水压检漏

从表2中可以看出该产品具有以下优点:
(1)集热效率高。外表面采用选择性Al一N/Al吸收涂层,该涂层对太阳能吸收率高达0.93以上,发射率＜0.060内外管间真空度＜5×10-3Pa,空晒温度可达250℃左右;夏季水温可达90℃,冬季也能产生45℃以上热水。
(2)保温性能好。该水箱保温层由高效保温材料聚苯乙烯与聚胶脂发泡而成,保温性能是普通聚苯乙烯泡沫板的3倍,能保温48h以上。
(3)使用寿命长。产品外壳采用进口双涂彩板和不锈钢,防腐抗老化性能好。真空集热管采用特硬高砌硅玻璃制造,能承受0.6MPa压力和2.5cm冰雹,理论寿命为15年。

3　全自动型工作原理

位于住宅单元底层的上水阀处于常开状态,自来水经上水管及卧式副水箱中浮球阀自动上水,水满后浮球阀自动关闭。在使用时,主水箱中的热水经热水管及各配水点流出,副水箱中的水给主水箱补充,副水箱水面下降、浮球阅下降并自动补水,主水箱在自动运行状态下总是充满水。副水箱的水是通过一个混水装置补进主水箱的,可保证在使用热水时,主水箱中的热水缓慢均匀降温,避免骤冷骤热现象的发生。而且当自来水水压不稳时,只要夜间或其它时间自来水水压恢复正常,一小段时间后冷水即通过副水箱的浮球阀自动补满。因进水口在水平面之上,故再停水时水也不会倒流。

4　设计过程

4.1集热采光面积的确定

太阳能热水器的采光面积与集热器的热性能、使用期间的气象条件、用户所需的水量和水温等诸多因素有关。该住宅小区设计热水量为120L/(人·d),在计算热水量时每户按4人考虑。每一单元热水量V=120×4×12=5760L。按每平方米集热面积可产40℃热水80L计算,则一个单元需真空管集热面积为72m2,选用12排ZT24（1.5)型太阳能热水器。联接方式为并联的集热器组并联,如图1。该系统具有自动补水功能,无人值班,通过自动控制的水泵循环换热。即使单支集热管损坏,整个系统照常运行。

4.2　循环系统

为避免管网内积存有冷水的情况,设计时采用循环泵强制循环的方式,采用温度控制器控制泵的循环。室内管道设计为串联式,以加大各支路水头损失,使得各支路循环阻力相对平衡。循环水泵的扬程应足以克服管道阻力,流量取2L/(min·m2)的集热面积。循环水泵采用单相式,安装位置设在系统上部,因安装在室外,设计时采取安装防护罩的保护措施。考虑到其电能的收费问题一直是房管部门及住户最伤脑筋的事,既不能及时收取电费还影响邻里关系,设计采用CKJ-F3型楼宇公共用电均分器。该产品由固态双向晶闸管分时输流导通,达到均分电能的目的,由于集成电路振荡器周期误差近似零,均分器精度较高。安装时只须与单元各用户电表相连,然后把负载输入端子与水泵相连即可。

4.3　热水管道布置及计量

在进行给排水设计时将室内热水管纳入住宅厨卫设计中、合理布置。厨卫间太阳能热水管集中设于管道井中,热水支管暗敷在墙内。因每户拥有两套卫生间及一套厨房,用水点分散;因楼面采用预制险板及厨卫部分楼面为现浇板,配水管采用暗敷不可行,明敷则影响美观。故采用每个卫生间和厨房分设管道井。本工程在每户卫生间及厨房间分别设置冷、热水远传式水表

4.4　管材的选用及保温

因屋面热水管长期暴露在外,受太阳曝晒。阳光中的紫外线加速管道老化,所以设计时选用了黑色的铝塑复合管,室内热水管为桔红色热水型铝塑复合管。铝塑复合管导热系数远小于铜管,一般情况下总热损失小于铜管。这样相应减少循环流量,降低运行成本。屋面保温材料采用单面开口高发泡聚乙烯管壳,厚度不小于15mm,保温材料包覆后,屋面热水管应外缠两道宽度为100～120mm,厚度为0.22mm黑色聚氯乙烯薄膜保温层,保护层外表用1mm浸塑铁丝扎紧,间距为400～450mm。

4.5　太阳能集热器的安装方位集热器的最佳布置方位是朝向正南,允许向西偏离15。以内,否则将影响热水器表面上的太阳能辐射强度。

集热器倾角的确定,根据全年使用经验公式
　　　　　　a=ψ+(50～100)

式中a----集热器的倾角;
　　ψ----当地纬度。
　　衢州市所处纬度为29。,得倾角为

　　　　　　a =290 +80 =370
　　太阳能热水器前后排不挡光的最小距离可由下式计算:
　　　　　　S=(H/tgas)×cosγs
　　式中S----不挡光最小距离;
　　　　H----集热器前面物体高度;
　　　　a----太阳高度角;
　　　　γs----方位角,本设计该值取0。
　　本设计结合当地具体情况按相隔1.8m考虑。