肖毛虎
武汉正华建筑设计有限公司 湖北武汉
摘要：在建筑给排水设计中，除了要保证给排水系统建设质量和使用功能外，还要尽量降低给排水系统能耗。太阳能是一种清洁能源和可再生能源，通过在建筑给排水设计中应用太阳能热水系统，可以有效实现其节能设计目标。
关键词：太阳能；热水系统；建筑；给排水设计；应用
1太阳能热水系统在给排水设计中的应用优势
太阳能之所以能在短时间内得到快速的进步和发展，是因为它具有低消耗、无污染的特点。同时，如果能够合理利用太阳能技术，真正实现资源的循环利用，不仅可以缓解不可再生能源的消耗，而且可以加快我国新能源发展的改革速度。
太阳能在建筑给排水设计中的合理利用主要是基于太阳能的可回收性。也就是说，利用太阳能热水系统取代传统的热水系统，不仅可以减少取暖造成的空气污染和废弃物污染，还可以达到节约燃气的效果。同时，由于太阳能热水系统工程造价低，投资少，也能为企业的发展带来较高的经济效益。另外，太阳能热水系统的安装工艺非常简单，系统正常运行消耗小，因此既能满足用户的基本生活需求，又能起到维护生态平衡、减少环境污染的作用。
2设计中的应用要点
2.1热水系统设置
太阳能热水系统有水箱（紧凑型）太阳能热水系统、集热器（独立）太阳能热水系统等多种类型，也可分为自然循环太阳能热水系统、强制循环太阳能水采暖系统等，直接加热太阳能热水系统和间接加热太阳能水采暖系统。目前，建筑给排水设计中最常用的是直接加热分离式太阳能热水系统，其特点是水箱与集热器的独立设置。其优点是能有效保证循环系统的压力，减少污染泄漏，提高换热效率。在实际设计中，太阳能热水系统水箱可设置在地下室，以减少维修难度和对建筑立面结构的影响。
2.2管道设置
太阳能热水系统的管道设置是关键。应采取科学措施，保持冷热水系统的压力平衡，压差控制在0.02MPa以内。所有管道应有效绝缘，以确保太阳能热水系统的供水温度。如为室外管线，必须进行有效的防冻处理，避免管道冻裂。合理布置管道走向是一项重要内容。一般室内水平管道尽量隐蔽，室外管道应隐蔽，垂直管线布置应靠近垂直管线井内。同时，应采取相关的保护措施，方便后期维护。隐蔽工程施工中应注意不留管线接头。此外，还应合理选择管道材料。在选择管道材料时，应充分考虑管道工作压力、温度等因素。一般情况下，金属管道、不锈钢管道均合适，应采取相应的防腐措施；保温材料可选用橡胶和塑料。
2.3控制模式
如果将太阳能热水系统应用于建筑给排水设计，必须根据太阳能热水系统的楼面空间提前预留足够的空间，结合实际情况设置辅助热源装置，保证太阳能热水系统的正常稳定运行。通常，辅助热源装置设置在水箱周围，便于后期操作和维护；同时，根据辅助热源装置的实际情况采取合理的控制方式，如手动启动、正时启动、全天钥匙启动等，此外，还应合理设置电磁阀和温控阀。
3应用实例
某高层商业建筑工程总建筑面积6457.54m2，建筑高度65m，由地下1层+地上10层组成，其中1F为商铺区、2F为餐饮区，3F～5F为办公区、6F～10F为公寓区。在本工程的建筑给排水设计中拟应用太阳能热水系统。
3.4系统参数
3.1.1平均日热水用水量
根据当地气候温度情况并参考相关设计标准来计算和确定平均日热水用水量数值。经计算和比选得出：局部热水供应时平均热水用水量为33L/（人·d），集中热水供应时平均热水用水量为40L/（人·d)～50L/（人·d）。
3.1.2冷热水温度取值
根据当地年平均温度来合理选取冷水温度数值，该地区年平均冷水温度为15℃～20℃，故初始水温可取值15℃；热水温度的取值则需四季保持在45℃～55℃。
3.1.3太阳能保障率
采用热管真空管方案，在20℃的进水温度和70℃的出水温度情况下，经计算得出太阳能保障率可达到1249kw·h/（m2·a）。根据实际情况，阳光等级选择C级。
3.1.4水箱容积
水箱容积设计的关键是建筑最大热水使用量，在实际设计中需以高峰用水量和工程投资为依据。由于建筑中人员密度较大、管线分布较多，所以还需考虑到最大用水量。为避免水箱容积的实际值与设计值不相符，应按照最大用水量的0.4倍计算。
3.2系统设计
3.2.1结构设计
首先，在太阳能热水系统的进水部分设计中，根据实际情况选择单向阀门方案，注意要对建筑高度、系统布置、压力等因素进行充分考虑，确保管线连接紧密、布设合理。其次，在太阳能热水系统的加热部分设计中，注意要充分考虑水箱的性能，合理选择太阳能真空管的加热方式。最后，在太阳能热水系统的供水系统设计中，采取冷热水管整体设计方案，管道则进行独立、封闭布设，注意要尽量排除重力势能对水箱高度的不利影响。
3.2.2定温循环系统设计
在太阳能热水系统的进水系统设计中，为提高水管和水箱的连接效果，应处理好差额补水，同时这样做还可促进冷水与水箱内热水的均匀混合，从而保证温度分布均匀。对定温循环系统采取循环加热的方式，以使水源可以在外力条件下持续流动，得到良好的保温效果。
3.2.3集热器排列设计
当地年平均温度16.7℃、最高温度39℃、最低温度-3℃，年平均日太阳辐照量12.613MJ/m2。考虑到是高层商业建筑，要求较高的太阳能应用效率，所以选择采用新型复合抛物面聚光集热器。CPU综合采用真空和热管技术，在设计中遵循边缘光线原理，并采用非城乡低聚焦度聚光器，只需定期调整倾角角度即可达到较好的应用效果。根据相关技术规范并参考地方维度，初步确定太阳能集热器安装角度为31.35°。但考虑到太阳能热水系统主要是在夏季应用，因此经设计优化后，确定最终的太阳能集热器安装角度为20°。倾斜安装还需适当调整辐射强度，根据实际情况计算确定辐射强度为765W/m2。集热器设置总数量为356组，其中包括屋顶上的193组和小屋顶、斜屋顶至上的163组；集热器组与集热器组之间采用同程连接方式，目的是保证流量分配均匀；组间间距为800cm，能够给后期维护维修提供充足的空间。
3.2.4水箱设计
在太阳能热水系统的水箱设计中，水箱容积根据实际情况确定，以40%为标准的设计能更好地保证经济效益；其次，根据实际情况，合理选择水箱保温措施，常规保温措施能满足要求，即在水箱外包裹一层保温材料，或采用真空包裹法，即在水箱外增加一层真空层进行保温。
结论
给排水系统是现代建筑中的重要系统，也是建筑中能耗较高的系统。可以说，给排水系统的能耗水平直接决定着建筑的整体能耗水平。因此，为了达到建筑节能设计的目的，有必要对给排水系统进行有效的节能设计，而太阳能热水系统的应用是其有效措施之一。在实际应用中，必须掌握太阳能热水系统的相关设计要点，才能最大限度地发挥其在建筑给排水设计中的应用优势。
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