郑州大学建筑学院 刘磊

住宅太阳能热水系统供水模式研究

郑州大学建筑学院 刘磊

近年来，随着能源可持续发展战略的深入人心，使用无污染的清洁、可再生能源已在各个领域内展开。太阳能作为一种可以满足人们可持续发展需要的新型能源，越来越受到广泛的重视，现阶段在对太阳能利用的各种技术手段当中，太阳能热水的利用技术已经十分成熟，成为最经济，产业化发展最快的一种。据统计，城市住宅日常耗能的20%～25%用于生活热水的需要。因此，形成了一种供求两旺的局面，在未来具有良好的发展前景。而随着太阳能热水系统三十年来的发展，整体技术水平得到不断地提高，并逐步由过去的粗放型使用模式发展到了集约型、注重于建筑一体化结合的新道路上。并由此形成了太阳能热水多种供水模式的局面。大体上来看，可分为集中式供水、集中—分散式供水、分散式供水3种模式，本文着重探讨现行的几种太阳能热水供水模式的运行原理及特点。

一、住宅集中供给热水式解决方案

1.系统概况。集中供给热水系统是指用集中的太阳能集热器和集中的储水箱来供给单栋住宅、几栋住宅或一个单元住宅用户生活用水的系统。目前，我国较多采用的是单元式集中热水供应系统，相对于国外广泛流行的可供给几栋住宅的区域式集中热水供应系统来说，笔者认为单元式更适用我国现阶段的国情，这主要是由技术、价格方面的因素，和我国城市居民的居住特点和生活习惯来决定的。我国太阳能热水技术从整体上落后于西方发达国家，在采取区域式热水供应时，面临许多技术上的问题需要解决。我国城市中单元式住宅的居住特点使每一个单元的居民相互非常熟悉，非常容易达成共识。因此，单元式热水供应系统的日常管理比较方便，另外管道系统相对较短，维护费用较低，性价比相对较高。

集中供给热水系统为分体式运行方式，系统包括太阳能集热器和大水箱，两者相互分离，管路系统承压运行。太阳能集热器一般采用平板式集热器或热管—真空管式集热器，这两种集热器都具有内部不走水的特点，并且都可以承压运行，十分适用于分体式热水系统。集热器水箱中装有水温传感器，进水管通过进水电磁阀与太阳能集热装置相通，集热器水箱出水管与大水箱相通，大水箱底部有电加热器，大水箱中装置有水温水位传感器，在大水箱底部高于电加热器的位置有出水口，出水口连接出水管，出水管经自动增压泵与各用户热水龙头相连，水温水位传感器、水温传感器、自动增压泵，都由设置的电脑控制系统控制其运作。

集热器面积一般取决于以下几个因素：设计日用水量、太阳能保证率、储水箱内热水的终止设计温度、当地日平均或月平均日照量等因素。其中设计日用水量不仅决定集热器面积，同时也决定着大水箱的规模大小，设计日用水量可以通过两种方法来确定，一种是按最高日用水量确定，一种是按日平均用水量确定，前者特点是储水量大，舒适性高，但经济性差，且集热器长期处于低负荷运行状态使得集热系统过导致集热器和管路损坏的问题较为突出，因此，比较适合用于一些重要的大型工程项目。而对于普通城镇居民生活热水供应来说，一般情况下依据日平均用水量来确定设计日用水量经济效益更佳。目前，太阳能辅助加热系统可按照30～60L/（人·d）的标准进行设计。如果每户太阳能生活热水保证率设计的过高，不仅造成系统成本增加、成本回收期过长，并且全年大部分时间内的热水都用不完，这将造成许多不必要的浪费。因此，在设计时通常取80%为依据。

2.系统特点。

（1）该系统采用集热器、水箱、智能控制设备和辅助加热设备集中使用的方式，因此初期投资成本比较低。

（2）集中供给热水系统的使用，利于平衡每户的用水量，提高了太阳能利用效率。

（3）通过分户计量的方式收取热水费以使开发商初期投资可以通过后期的运行逐步收回，并能够从中获取收益。物业部门利用热水费的收益进行系统的日常维护和管理，很大程度上节约了人力物力，减低了后期的维护成本。

（4）系统一体化设计由建筑设计阶段开始进行，有助于提高热水系统与建筑一体化水平。

二、住宅集中—分散供给热水的解决方案

1.系统概况。住宅集中—分散供给热水系统是指采用太阳能集热器集中集热和分散到户的储水箱供给用户热水的系统。该系统应既可负责一栋或几栋住宅供应，也可以负责一个单元的热水供应。同样可以保证为用户24小时提供热水供应。与集中供给热水系统不同的是，该系统的水箱分散布置在每一户的用水终端，而不另单独设置大水箱。可在每户水箱内加装电辅助或燃气辅助加热设备，当热水温度达不到使用要求时，开启辅助加热设备以达到理想的出水温度。

2.系统特点。

（1）该系统的集热器为集中使用，并在每一个用户的用水终端设置水箱，水箱内设置智能控制设备和辅助加热设备，初期投资成本相比集中式供给热水系统高。

（2）该系统由于统一集热，分散使用，因此太阳能利用效率较高。

（3）该系统用户可以自由的选择是否经过太阳能加热后的热水再次进行电辅助加热，因为在集中式系统中，大水箱自动检测热水温度，如水箱中的水低于某一温度后，将自动进行辅助加热，这时普通用户得到的通常为温度较高的热水（通常水温高于45℃）。但是从经济角度上考虑，并不是所有用到热水的地方都必须使用45℃以上的热水。因此，在采用集中—分散供给热水系统在使用过程中更为经济。虽然初始投资有所增加，但系统寿命周期内的收益大于系统初始投资。

（4）集中—分散供给热水系统和集中供热水系统相比使得住宅一体化结合更加容易，因为该系统不设置大水箱，因此不必考虑对水箱的遮蔽。

三、住宅分散式供给热水的解决方案

1.系统概况。分散式供给热水系统指的是住宅每一户单独使用一套热水器的形式。包括集热器，水箱，管路，及控制设备等一套完整的太阳能热水系统。通常所谓的家用太阳能热水器，一般就是指这种这种系统，它是目前城镇居民使用率最多的一种太阳能热水设备。分散式供给热水系统主要分为两种形式，一种是整体式太阳能热水器，即集热器与水箱一体式设计，闷晒式热水器和全玻真空管直插式热水器都属于这种形式。另一种为分体式太阳能热水器，该系统通过每户安装在阳台、外墙或屋顶的集热器吸收太阳辐射，使所生成的热水传递并储存在户内的水箱里方便使用。当日照不足或用水量过大，水箱储水难以满足需要时，可通过电、燃气等辅助加热设备进行辅助加热，以保证能产生充足的热水。该系统每户的系统独立运行，独立进行管理。

2.系统特点。分散式供给系统“麻雀虽小，五脏俱全”。该系统具有如下特点。

（1）分散式供给热水系统每户单独使用整套热水系统，不仅具备集热器、水箱等必要构件，而且应同时配备一套完整的智能控制设备和辅助加热设备，因此初期投资成本较高。

（2）分散式系统由每户单独实行管理，管理比较方便，如某一户系统出现问题，不会影响其他用户的使用。当然，分散式的维护也必然造成维护费用的增加。

（3）分散式系统由过去无序安装在屋面的直插式热水器改进为集热器在阳台或建筑立面统一布置，并进行有组织的排列，水箱则在阳台等处隐藏在起来，做到了与住宅建筑的一体化结合。

（4）分散式系统采用每户分散使用，但每户用水量之间无法相互平衡，既有的家庭人口较多，对热水需求高，仅太阳能热水不能满足使用要求，还要通过辅助加热来实现。还有的家庭人口少，对热水需求不高，太阳能热水用不完，造成太阳能资源不能更充分的利用。

（5）分散式系统分户进行，基本不破坏原有的建筑结构，非常适合既有住宅的节能改造。

四、结语

通过上述分析，我们可以对太阳能热水系统的集中供水模式产生较为全面、系统的了解。在针对不同类型的住宅的使用中，可以根据其自身特点，选配相应的供水模式，以达到节约成本、提高效率的目的。