王倩
迈进工程设计咨询（北京）有限公司 北京 100021
摘要：目前，太阳能热水系统作为一种积极的绿色节能方式，在现代建筑中的应用越来越广泛，尤其是随着太阳能建筑一体化理念的出现，将太阳能与建筑的有机结合更是成为人们关注的重点。太阳能热水系统在建筑热水系统中的应用，是我们国家多年来大力推广的建筑节能减排措施中的重要一环。经过多年工程使用和相关规范的完善，中高层建筑的太阳能热水系统已经比较成熟，基于此，本文主要对太阳能热水系统在中高层绿色建筑中的应用做论述。
关键词：太阳能；热水系统；中高层绿色建筑；应用
引言
太阳能光热利用技术，就是把太阳光通过有效的手段转换成热能加以利用。在我国建筑中应用的太阳能热水系统主要包括集中-集热供热水系统、集中-分散供热水系统及分散供热水系统三种。其中，集中-集热供热水系统主要是安装在屋顶或者屋体上，其储热水箱主要安装在屋顶，加热后的热水主要存储在储热水箱中，使用时只需开启管道即可。集中-分散供热水系统主要安装在屋顶，采用各分户水箱进行储水，主要安装在室内或阳台。分散式热水系统，每个用户具有独立的集热器、管道、加热设备及其他控制元件等。现有的太阳能热水系统热性能检测依据的是《太阳能热水系统性能评定规范》，其采用日有用得热量、升温性能、贮水箱保温性能等指标进行评定，评价体系较全面、数据精准，这是其优点，其缺点是在检测前提条件及计算较为复杂。
1目前多高层住宅太阳能热水设计现状
以某高层住宅项目为例，其最高一个给水分区共8层，该分区于屋顶设太阳能热水器供热水。经图纸测量，从屋顶太阳能热水器至该分区最底层住户的淋浴点，热水管道采用S3．2PPＲ热水管，长度约为50m，管径为De25，管内冷水量约为52L。如果按淋浴器流量0．075L/s计算的话，热水出水时间是693s。也就是说，住户洗澡前需要先等待近12min，并放掉52L冷水。据某小区住户反映，使用太阳能热水前，确实需要准备一个桶接冷水，这个冷水通常用于冲厕或洗衣。随着国家经济的发展，人民群众越来越富裕，生活也越来越好。很多群众对生活品质的要求早就已经不是简单的够用就好了，而是更在意生活的舒适体验度，而这种太阳能热水系统设计无论如何都不能说是舒适的。就笔者所知，某些住户装修时采用各种方法缩短热水出水时间，以提升用水舒适度，但对于位于公区的太阳能供水管，住户就无能为力了，以至于有将太阳能热水进水关闭，弃之不用的情况，这毫无疑问是一种极大的浪费。据笔者所知，这种形式的太阳能热水系统设计是普遍存在的。而之所以这样，个人认为原因有两个:一是规范层面对分散式太阳能热水出水时间并未做出要求，《住宅设计规范》第8．2．4条仅要求户内热水器不循环的热水供水支管长度不宜超过8m，而对于多层和高层住宅项目，分散式太阳能热水供水管做循环是存在困难的，增加了成本的同时也增加了耗能。所以设计人员在规范没有明确的情况下，因为成本的压力和设计的复杂性而选择无视了这个问题。二是设计与现场的脱节。太阳能热水器依赖于厂家提供产品和施工，甲方招标后，不按设计院的施工图施工，由中标的太阳能热水器厂家另行设计并施工。但厂家设计人员良莠不齐，为了拿下项目，更是尽力省材，通过低成本增加中标概率，其二次设计的图纸更不可能考虑热水出水时间的问题。
2太阳能光热利用
在建筑领域主要包括太阳能热水器、太阳房、太阳能空调等。在当前,最成熟的太阳能利用技术之一是太阳能热利用技术,历久弥新,但仍有很多发展空间[4]。
（1）太阳能热水器.太阳能热水器的工作原理是采用自然循环的方式，真空集热管吸收太阳辐射，使管内的水温增大，因此密度减小，而水箱中的水，温度较低，相较于热水而言密度较大，由于密度差的作用，水箱当中热水上升，冷水下降，从而能够使水箱中的水逐渐加热。按照集热器的原理和结构可分为平板型太阳能热水器和真空管太阳能热水器，其中真空管太阳能热水器可分为全玻璃真空管式和热管式真空管太阳能集热器。目前，国内使用最广泛的太阳能热水器是真空管太阳能热水器。但理论来讲，平板式太阳能热水器与真空管式相比，具有较高的集热效率。（2）太阳能采暖房依照太阳能在供热的时候有无应用动力形式，可将太阳能采暖分为主动式采暖技术和被动式采暖技术两种。主动式太阳能采暖系统，是指在房屋上放置了太阳能集热器，室内放置贮槽和散热器，用管道连接在一起形成采暖系统，系统是强制循环的，传热介质由泵或风扇输送，但主动式系统的造价和运维费用较高。被动式太阳能采暖技术则不应用任何动力机械设备，而是主要通过热辐射、热传导和热对流这几种传热方式，让太阳能热量以自然的方式进入室内，并且可以依照建筑物自身的特性来控制热量的流经范围，最终达到建筑物采暖或制冷的目的。
3太阳能热水系统在中高层绿色建筑中的应用
3.1太阳能热管集热器
蒸发段和冷凝段直径相同的热管不结垢、不炸管。真空热管集热器的真空管有很强的抗冻性，适合在冬天气温为0℃~-45℃的地区使用。可承压、耐空晒、不易爆管、热容量小，启动快。有多种规格可供选择，晴天可产55℃热水量为70~130kg/㎡；高吸收率，αs≥90%；低发射率，εh≤8％；日平均热效率ηd≥50％。热管集热器具有以下优点：热效率高、全年使用：先进的热管传热方式、优良的太阳选择性吸收涂层及高真空保温状态使集热系统的日平均热效率（即使在中国北方的冬季）达到50%以上。采用新技术、承压力强：TJ套管与水槽采用焊接连成一体，产品试验压力达11kg/cm2，解决了同类产品结垢后效率下降及流量小、不稳定的缺点。安装、维修方便：集热器为单元结构，便于搬运安装。当系统中某根真空管须要维修时，可在不妨碍系统运行的情况下进行。抗冻、抗冰雹冲击：高性能的热管传热方式使系统在-30℃的气温条件下仍能正常运行，并具有抗直径25mm以下冰雹冲击的能力。适合工程安装：由于采用水箱与集热器的分体形状，使之更适合与房屋配套，尤其适合在大型工程中使用。
3.2太阳能循环水泵
依据《建筑给排水设计手册》，每平方米太阳能集热器所需流量为0.015~0.02L/s，水头损失为3mmH2O左右，静压差为1.5mmH2O。本项目因为是改造项目，根据楼面现状设计集热器矩阵摆放形式。为保证太阳能循环效果，太阳能循环系统采用进口优质水泵，水泵电机配有过热保护，采用高效叶轮降低噪音，循环水泵扬程为10ｍ以上，满足本项目热水系统要求。
结语
总之，太阳能热水系统投产后，热水系统设备实现了无人值守、故障自动报警、全自动运行。通过此次改造，我院优化了热水系统设备运行管理，随着时间的推移，将会极大减少热水生产多消耗的水、电费用，改善医院后勤管理和服务质量并显著提高经济效益。
参考文献
[1]张昕宇,由世俊,等.带遮热板的热管式真空管集热器中温性能的理论与实验研究[J].太阳能学报,2016(1):116-121．
[2]王慧．热管式真空管太阳能集热器热性能测试研究[J].德州学院学报,2014(2):70-72．
[3]王忠海,马兵善,王刚.热管式真空管和平板型集热器在兰州地区太阳能热水系统中的热性能对比分析[J].2018(1):55-61．