太陽能熱水系統與建筑設計安裝探討

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摘要：作者根據太陽能熱水系統長期運行的實際經驗，對于新建工程的太陽能熱水系統在建筑設計和建筑施工過程中需要注意的幾個問題進行了探討，為太陽能熱水系統與土建專業之間的統籌設計、安裝預留提出了建議。

關鍵詞：太陽能熱水系統；土建設計；安裝預留

太陽能熱水系統可以充分利用太陽能源加熱熱水，達到實現減少常規能源使用量的目的，因而具有節約能源和潔凈環保的優點。目前已成為高校節能減排的主要措施之一而大力推廣。目前高校太陽能熱水系統的應用主要是在既有建筑和新建建筑這兩類建筑上使用。近幾年，隨著國家綠色建筑標準的制訂和頒布，高校新建工程也要求同步實施，符合標準的新建工程基本上都需設置太陽能熱水系統，因此在工程設計及工程施工階段能否為太陽能熱水系統做好前期預留是保證太陽能熱水系統順利實施和正常運行的前提之一。根據筆者了解，目前高校新建工程太陽能熱水系統的安裝預留尚存在不少問題，從而為后期太陽能系統的設計安裝帶來很多不便。筆者所了解的很多已安裝并且已運行多年太陽能熱水系統都存在上述這些問題，本文根據這些已經投入使用的太陽能熱水系統的運行情況，對工程在設計和施工階段，太陽能熱水系統和建筑設計的配合以及太陽能熱水系統的安裝預留應注意的幾個問題進行反思和探討。

1樓頂南立面高出樓頂的建筑裝飾造型高度應合適

由于建筑造型的需要，一些建筑南立面往往需要設計和搭建裝飾造型。有些建筑造型往往高出屋面3米以上。如果在屋面安裝太陽能系統，這將會為后期太陽能系統的設計安裝帶來不便。對于太陽能熱水系統來說，太陽能集熱裝置是獲取太陽能源的關鍵。在每天有太陽光照的時間里，太陽能集熱部件的采光部分必須被太陽光照射到，才能獲得更多的太陽能。因此太陽能集熱部件應盡量擺放在全天不遮光的位置，這也是太陽能集熱部件一般都放在屋面的原因。太陽能集熱部件的自重通常不會超過30kg/m2，因此一般上人屋面，都可以擺放太陽能集熱部件。但對于土建設計和施工人員來說，太陽能被遮光的問題則往往意識不到，這就為后期太陽能系統的設計施工帶來一些問題。比如有些時候，為了保證太陽能的采光效果，必須架高太陽能集熱裝置支架，才能確保全天的太陽能采光效果，而這樣的結果會造成太陽能支架成本的顯著增加。從上面的分析可以知道，對于需要在樓頂安裝太陽能系統的新建工程，其建筑南立面屋頂的建筑造型如有可能宜盡量低，以不超過屋面1.5m為宜。

2屋面設備間等類似建筑應盡可能布置在屋面的北側

高校太陽能熱水系統往往存在用水人數多，需要的太陽能集熱面積大，而能夠擺放太陽能集熱裝置的場地又非常有限，因此多數情況下都需要在建筑屋面盡可能多地擺放太陽能集熱器。而建筑屋面往往需要設置樓梯間、設備間、電梯間等建筑，這些建筑布局的位置對太陽能集熱裝置的擺放也有較大影響。如果屋面建筑設計在南側，那么當太陽光照時，這些建筑就會在其北面形成陰影。如果把太陽能集熱裝置放置在這些建筑的北側，就會導致遮光；如果屋面建筑設計在北側，那么把太陽能集熱裝置放置在這些建筑的南側，則不會造成遮光和陰影，屋面這部分場地就可以最大限度地用來擺放太陽能集熱裝置和設備，從而能夠獲得更多的太陽能采光面積。由此看出，屋面設備間等類似建筑應盡可能設計在屋面的北側，以便可以擺放更多的太陽能集熱裝置和設備，提供更大的太陽能采光面積。

3建筑設計時應考慮太陽能儲熱水箱間的通風問題

為了減少儲熱水箱散熱，保護儲熱水箱設備，需要為太陽能儲熱水箱設計建造一個水箱間。設計水箱間時，應注意太陽能儲熱水箱間的通風問題。筆者根據真空管太陽能熱水系統多年運行的情況發現，在高校寒暑假期間，太陽能熱水系統經常存在太陽能設備提供的能量過剩，導致儲熱水箱溫度過高的問題。開式儲熱水箱的熱水被太陽能集熱裝置持續加熱，溫度不斷升高，直到沸騰，使得水蒸汽彌漫整個水箱間。如果水箱間沒有考慮通風設計，水箱間里的水蒸汽不能及時排出，長年累月，水箱間安裝的設備就會因潮濕而逐漸被腐蝕，甚至造成電氣線路漏電，導致太陽能熱水系統不能正常運行。而在設計并開設了通風設施的水箱間，則基本不會產生這類問題或大大延遲這類問題的發生。因此，在進行太陽能儲熱水箱間建筑設計時不能忽視水箱間的通風問題，并應做好通風設施的預留。

4對于采用太陽能熱水系統的建筑，室內熱水供水管路管材的工作耐溫應達到90℃以上

對于有常規能源設備的生活熱水系統，生活熱水的溫度范圍比較容易控制。國家相關規范規定的生活熱水溫度一般不大于65℃。因此，工作耐溫70℃的PPR熱水管材是可以采用的。該種管材施工維護方便，價格適中，因此被廣泛應用于建筑生活熱水的設計和施工中。對于太陽能熱水系統，由于太陽能集熱裝置每天提供的有效能量與天氣陰晴直接相關，加之高校放假期間熱水用量顯著減少，特別在暑期，太陽能裝置每天提供的熱水嚴重過剩，導致太陽能加熱的水溫常常達到90℃以上，甚至沸騰。因此，太陽能熱水系統供水管材的工作耐溫必須達到90℃以上。如果仍采用PPR管材供應熱水，終會造成PPR管材受熱變形、脫開，系統管路無法正常輸送的問題。

綜上所述，太陽能熱水系統設計的供水管材，其工作耐溫必須要達到90℃以上。

作者:葉麗影 單位:中國人民大學

參考文獻

[1]王崇杰,薛一冰.太陽能建筑設計.中國建筑工業出版社.

[2]袁家普.太陽能熱水系統手冊.化學工業出版社.收稿日期：2017-03-23