摘要：文章就太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景以及其在住宅建筑中的安裝、運(yùn)行及管道系統(tǒng)的布置形式及特點(diǎn)進(jìn)行討論。
　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器；往宅建筑；管道系統(tǒng)
　　0前言
　　隨著能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想的深入，使用無(wú)污染能源和清潔能源已在各個(gè)領(lǐng)域展開，其中，太陽(yáng)能作為清潔的可再生的自然能源，具有很大的利用潛力。利用太陽(yáng)能而制造生產(chǎn)的熱水器便成其為節(jié)能、環(huán)保、低成本、安全、耐用的綠色能源新產(chǎn)品。隨著太陽(yáng)能熱水器推廣使用,越來(lái)越多的建筑物屋頂都安裝了太陽(yáng)能熱水器,但由于沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)劃,安裝位置參差不齊,管道布置零亂,很不美觀。在能源和環(huán)保問(wèn)題日受關(guān)注的今天，傳統(tǒng)的燃?xì)夂碗姛崴�器中加熱過(guò)程中均存在能耗大、廢氣污染、使用不安全等諸多問(wèn)題，使節(jié)能、清潔、安全的太陽(yáng)能熱水器在住宅建筑中的應(yīng)用更呈現(xiàn)出廣闊的前景。
　　1.太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用的現(xiàn)狀與矛盾
　　目前我國(guó)太陽(yáng)能熱水設(shè)備與住宅的結(jié)合還處于初級(jí)階段，探討階段，往往只重視由太陽(yáng)熱能變?yōu)闊崴�的技術(shù)，回收裝置的技術(shù)，集熱器的使用質(zhì)量等，而忽視其他方面的問(wèn)題，把太陽(yáng)能熱水器僅僅作為一個(gè)后期添加的設(shè)備來(lái)使用和無(wú)顧忌的到處架設(shè)，從而極大地影響太陽(yáng)能熱水設(shè)備進(jìn)入住宅的步伐。太陽(yáng)能熱水設(shè)備作為一種清潔能源的利用，在環(huán)境改善中發(fā)揮了巨大的作用，同時(shí)卻又造成較大的視覺(jué)污染：如在屋頂上零亂的擺布，橫七豎八的管線，金屬構(gòu)件造成的光反射都對(duì)環(huán)境造成不小的負(fù)面影響。此外后期添加的太陽(yáng)能熱水器，還影響熱水系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，嚴(yán)重者可能造成安全隱患，如熱水器跌落傷人、屋頂破碎、房屋漏水等。出于無(wú)奈，一些小區(qū)物業(yè)管理公司明確禁止居民安裝太陽(yáng)熱水器，甚至勒令將已經(jīng)“上樓”的太陽(yáng)能熱水器請(qǐng)下樓，將人們生活中急需的這一清潔能源拒之門外。
　　2太陽(yáng)能熱水器與住宅設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合
　　太陽(yáng)能熱水設(shè)備由集熱器、蓄熱水箱、循環(huán)管道、支架、控制系統(tǒng)及相關(guān)附件組成，必要時(shí)還要增加輔助熱源。要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑一體化，必須在建筑的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)將太陽(yáng)能熱水設(shè)備的各個(gè)部件，都做作為建筑物構(gòu)件去設(shè)計(jì)，在立面造型、結(jié)構(gòu)形式、給排水系統(tǒng)中通盤考慮。在外觀上，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑完美結(jié)合，無(wú)論在屋頂、陽(yáng)臺(tái)、墻面或其它部位都要使太陽(yáng)能集熱器成為建筑的一部分，實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；在結(jié)構(gòu)上，妥善解決太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的安裝問(wèn)題，確保建筑物的承重、防水等功能不受影響，還應(yīng)充分考慮太陽(yáng)能集熱器抵御強(qiáng)風(fēng)、暴雪、冰雹等的能力；在管路布置上，合理布置太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)管路和冷熱水供應(yīng)管路，減少熱水管路的長(zhǎng)度，而留出各種管路的接口、通道；在系統(tǒng)運(yùn)行上，要求系統(tǒng)安全可靠、穩(wěn)定、易于安裝、維護(hù)，合理解決太陽(yáng)能與輔助能源加熱設(shè)備的匹配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)控制。
　　3太陽(yáng)能熱水器在住宅建筑上的常見(jiàn)形式
　　3.1單戶式安裝太陽(yáng)能熱水器
　　單戶式安裝采用自然循環(huán)式家用太陽(yáng)能熱水器,安裝在屋頂經(jīng)特別設(shè)計(jì)留用的區(qū)域里。同一單元住戶整齊排放。熱水器由住戶自行購(gòu)買安裝,開發(fā)商預(yù)先安裝好經(jīng)保溫處理的進(jìn)出水管(大都兩管合一),住戶根據(jù)自己的習(xí)慣使用熱水器內(nèi)熱水。水電費(fèi)用住戶自理，管道費(fèi)用計(jì)入購(gòu)房成本。戶用式熱水器的缺點(diǎn)就是管道成本較高,一戶一管，管道占的空間大,但使用費(fèi)處理比較簡(jiǎn)單。這種形式目前我在國(guó)應(yīng)用較多，特別是別墅、住宅樓頂上面幾層用戶。
　　單戶式太陽(yáng)能熱水器的集熱板與保溫水箱組合成套安裝。由于設(shè)備內(nèi)熱水靠熱虹吸作用進(jìn)行自然循環(huán)一一集熱板內(nèi)的水被太陽(yáng)能加熱升溫，密度變小，上升進(jìn)人保溫水箱，密度大的冷水從保溫水箱內(nèi)補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，再被加熱上升，如此循環(huán)不息，使整箱水都被加熱。所以保溫水箱必須設(shè)在集熱板上方，集熱板向上傾斜與水平成30度夾角插人保溫水箱。按熱水供水方式的不同，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)又可分為泄水式和頂水式兩種。
　　3.1.1泄水式系統(tǒng)
　　所謂泄水式系統(tǒng)，就是保溫水箱中設(shè)一通氣管與大氣連通，也稱為開放式系統(tǒng)。水箱內(nèi)設(shè)水位控制裝置使水箱內(nèi)水位保持一定高度。使用時(shí)打開供水管上的閥門，熱水靠保溫水箱與用戶用水點(diǎn)間的位高差流向用水點(diǎn)。此系統(tǒng)的特點(diǎn)是太陽(yáng)能熱水器本身不需要承壓，使用時(shí)熱水靠重力流向用戶。其缺點(diǎn)是靠近頂層的用戶因位差小致使壓力不足，熱水流量小、流速緩慢。
　　
　　                          
　　        1保溫水箱2集熱板3截止閥4止回閥5通氣管
　　                   圖1：泄水式系統(tǒng)布置示意圖
　　3.1.2頂水式系統(tǒng)
　　頂水式系統(tǒng)其保溫水箱為全封閉式。使用熱水時(shí)，打開進(jìn)水管上的閥門，熱水靠進(jìn)水壓力頂出水箱，流向用水點(diǎn)。若進(jìn)水壓力不足時(shí)，可用泵進(jìn)行加壓。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是熱水壓力充足，使用效果較好，但熱水器需要能承受壓力。單戶式系統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器內(nèi)也設(shè)有電輔助加熱系統(tǒng)，以保證全天候供應(yīng)熱水。安裝時(shí)可根據(jù)管道的長(zhǎng)短、管材的絕熱性能來(lái)選擇管道是否包保溫層。該系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方便，管道系統(tǒng)簡(jiǎn)單，適合家庭用戶獨(dú)立安裝使用。

                                      
　　                1保溫水箱2集熱板3截止閥4止回閥
　　                     圖2:頂水式系統(tǒng)布置示意圖
　　3.1.3單戶式設(shè)備選擇與安裝
　　熱水器集熱板要最大限度地接受太陽(yáng)輻射，就必須選擇最佳的日照角度，因?yàn)槲覈?guó)處在北半球，所以太陽(yáng)能熱水器應(yīng)朝正南方向安裝。如果受建筑物條件的制約也可選擇偏東南或偏西南方向。經(jīng)過(guò)實(shí)際比較，熱水器的朝向?qū)ζ錈嵝��?%-10%的影響。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)集熱板與水平夾角約為30度時(shí)熱效率最高。與水平夾角為30度的傾斜安裝方式還有利于多排熱水器的安裝，每排集熱板之間留1米左右的維護(hù)通道，能有效利用建筑物面積。在住宅樓中，太陽(yáng)能熱水器可安裝的部位有建筑物的屋頂、建筑物南陽(yáng)臺(tái)和建筑物的南邊外墻。
　　（1）屋頂部位
　　當(dāng)太陽(yáng)能熱水器安裝在屋頂時(shí)，由于其位置較高，可以形成自然壓頭，管路選擇比較靈活，既可以選擇頂水式，也可以選擇泄水式。相應(yīng)集熱器類型也有較大的自由度，自然循環(huán)式、強(qiáng)制循環(huán)式和直流式均可。對(duì)于平屋頂要注意集熱器的平面安裝位置。應(yīng)當(dāng)盡量減少水平管路的長(zhǎng)度，將集熱器置于衛(wèi)生間的上方。有利于設(shè)置管路和固定支架。對(duì)于坡屋頂則最好選擇集熱器與儲(chǔ)水箱分離的熱水系統(tǒng)，將儲(chǔ)水箱置于吊頂內(nèi)，可以減少屋面的荷載。另外坡屋頂橫管式太陽(yáng)能熱水器最適合坡屋頂平房或樓房，水箱外形象“餅干”一樣平貼于斜屋面，克服了各種太陽(yáng)能熱水器重心高、在坡屋頂上安裝困難等缺點(diǎn)，安全可靠，外形平整，成片安裝整齊美觀，已大量被房地產(chǎn)公司配套安裝。
　　（2）墻面與陽(yáng)臺(tái)
　　在墻面或陽(yáng)臺(tái)安裝太陽(yáng)能熱水器，可以減小管路的長(zhǎng)度。對(duì)于高層住宅是其他安裝方式不能替代的。由于與用水端沒(méi)有足夠的高差，所以在墻面或陽(yáng)臺(tái)安裝的系統(tǒng)必須采用頂水式管路。而且同坡屋頂一樣，應(yīng)盡量選擇集熱器與儲(chǔ)水箱分離的系統(tǒng)，可以減小墜落傷人的概率。
　　3.2單元式安裝太陽(yáng)能熱水器
　　單元式安裝不論是平屋頂還是坡屋頂,通過(guò)設(shè)計(jì)處理,將集熱器組和一個(gè)強(qiáng)制式循環(huán)水系統(tǒng)的大貯水箱,安裝在住宅建筑物的屋頂上。出熱水管分別接到每個(gè)住戶。通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)給水，自動(dòng)停水。住戶用水前,通過(guò)溫度傳感器檢查水箱中的水溫，確定是否需要啟動(dòng)輔助加熱器（還可依據(jù)時(shí)間段來(lái)比較太陽(yáng)能所產(chǎn)生的熱水量是否到達(dá)原設(shè)計(jì)需保證的熱水量而自動(dòng)啟停輔助加熱器等多種自動(dòng)控制方式來(lái)保證熱水的正常使用）。只要水箱設(shè)計(jì)合理,可以比戶用式太陽(yáng)能熱水器更隨心所欲地使用熱水。至于費(fèi)用管理,通過(guò)給每個(gè)住戶安裝熱水表,按表的讀數(shù)分?jǐn)傒o助加熱器所耗電費(fèi)（輔助加熱器一般采用空氣源熱泵或電加熱器），或者通過(guò)成本核算確定單價(jià)，用智能抄表的方式計(jì)費(fèi)。該方案的缺點(diǎn)是連續(xù)的陰雨天住戶如要用熱水,加熱器要加熱一個(gè)大水箱的水，因而一個(gè)合理實(shí)用的輔助加熱系統(tǒng)自動(dòng)控制便相當(dāng)重要，不然容易造成用戶用水的等待,或者加熱過(guò)多的熱水用不完而造成浪費(fèi)比較嚴(yán)重。這種形式一般用于多層住宅中。
　　3.3集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)
　　近年來(lái)，高層住宅不斷興熟，并在住宅開發(fā)中占有一定比例、但高層住宅在應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器方面存在幾個(gè)不利因素。首先，高層的天面面積占整樓的建筑面積比例小，天面設(shè)備多，太陽(yáng)能熱水器所能利用的面積有限。其次，天面至低層用戶的管線長(zhǎng)，需穿越的樓層多、水頭壓力大、熱損失大、用戶檢修維護(hù)較困難等。所以，高層住宅的太陽(yáng)能熱水器一般在樓盤開發(fā)階段由開發(fā)商統(tǒng)一安裝集中式的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。
　　集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由集熱板組、保溫水箱、智能控制系統(tǒng)、輔助加熱系統(tǒng)、管道系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。集熱板分排布置且與保溫水箱分離，多排并聯(lián)的集熱板組由天面水箱或變頻給水設(shè)備提供水源。集熱板組中的水吸收太陽(yáng)能溫度上升，變成熱水，由水泵引至一個(gè)大的保溫水箱中集中儲(chǔ)存，然后通過(guò)管道系統(tǒng)供應(yīng)給各層用戶。整個(gè)系統(tǒng)由智能控制系統(tǒng)控制。集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)充分利用高層住宅屋面面積及南向墻面面積等接收太陽(yáng)能，以電能或燃油、燃?xì)忮仩t作輔助加熱，達(dá)到節(jié)能目的，為整棟樓住戶提供全天候不間斷的熱水，水溫、水壓均得到保證。
　　4 結(jié)語(yǔ)
　　目前城市住宅的節(jié)能意識(shí)已提升到了一定高度,而既節(jié)能又取之不盡的太陽(yáng)能熱水器的普及率卻不高。建筑及給排水設(shè)計(jì)人員，應(yīng)了解及掌握各種太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品的特性、技術(shù)參數(shù)，在設(shè)計(jì)中考慮太陽(yáng)能熱水設(shè)備或合理預(yù)留太陽(yáng)能熱水器的安裝條件，使其與建筑物更好地有機(jī)結(jié)合。積極推廣這種環(huán)保產(chǎn)品，將有利于促進(jìn)我國(guó)建筑節(jié)能方面的發(fā)展。