冯小伶
北京京石建业建设工程有限公司 北京市 100043
摘要：我国早在十二五规划中，就提出可再生能源建筑的推广应用目标，太阳能热水系统就是一个典型代表。文章共包括五个部分：第一部分指出太阳能热水系统的工艺原理和特点，以真空管式太阳能热水系统为例；第二部分介绍了几种常见的类型：集中集热+集中供热、集中集热+分户供热和分散集热+分户供热；第三部分阐述了住宅工程太阳能热水系统的施工技术，要点包括：安装集热器支架
、安装集热器、安装系统管路、安装辅助设备和调试与验收；第四部分总结了施工过程的质量控制措施，主要从准备工作、产品选择、现场施工、验收等环节入手，第五部分结合工程实例进行分析，介绍了工程概况、系统设计、施工方案、运行效果以提高太阳能热水系统的施工质量。在可再生能源的开发利用领域，太阳能是浓墨重彩的一笔，尤其在建筑节能方面应用广泛。太阳能热水系统，是由太阳能集热器、储水保温水箱、管道保温系统、自动控制系统和其他外部设备组成，可将光能转化为热能，利用控制系统将热量传导至保温水箱中，将水加热后成为定量能源设备。
关键词：太阳能；热水系统；工艺原理；类型；施工技术；质量控制
就目前而言，太阳能热水系统既能提供生产和生活热水，又能作为其他形式的冷热源，具有技术成熟、经济价值高的特点。在住宅工程中，太阳能热水系统施工应注意哪些事项？如何进行质量控制？以下结合个人实践经验进行探讨。
1．太阳能热水系统的工艺原理和特点
1.1 工艺原理
以真空管式太阳能热水系统为例，真空玻璃集热管是核心元件，真空夹层设计可消除气体对流、降低传导热量的损耗；吸收涂层不仅有利于集热，而且能减小辐射热损，提高热量吸收效率。其工艺原理介绍如下：①真空集热器的出口温度达到设定值，此时控制系统发出指令，水泵运行将热水排进储水箱内。②真空集热器的水温降低后，控制系统发出指令，水泵停止运行，管道内的水排入储水箱。③储水箱内水满后，通过溢流管储水箱内的水进入补水箱，储水箱内的水温继续升高。④储水箱内的水位低于警戒线，控制系统发出指令，辅助能源启动，促使热水排入储水箱，达到警戒水位后停止，满足热水供应需求。⑤储水箱水温降低，当低于用水温度时，水箱内的保温电加热装置运行，水温升高至使用温度后停止。
1.2 特点
太阳能热水系统的特点是：①环保，能减少二氧化碳产生，不会造成环境污染。②节能，太阳能取之不尽、用之不竭，只要有场地和设备均可利用。③安全，相比于瓦斯、燃料、电力等原料，不存在安全风险；④不占空间，一般将集热器安装在屋顶，不会占用室内空间；⑤经济，正常使用寿命长达10余年，后续的维护保养费用低。
2．太阳能热水系统的常见类型
2.1 集中集热+集中供热
该类型需集中铺设集热器，太阳能将水加热后输送至出储热水箱，为一栋或多栋建筑物提供生活热水，如图1，优点是集热器集中布置，可降低初期投资；设备集中布置，方便维护管理；可节省室内空间。缺点是容易造成水质污染；储热水箱的质量大，对建筑结构要求高；太阳能保证率有限。综合优缺点，该模式适用于学校、医院、酒店等公用建筑和民用建筑。
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图1：集中集热+集中供热模式示意图
2.2 集中集热+分户供热
该类型需集中铺设集热器，将储热水箱安装在每个用户家中，太阳能系统和用户用水系统是分开的，如图2，优点是集热器集中布置，可降低初期投资，实现资源共享；以单户为单元储热，方便控制；不零收入热水费用。缺点是配置承压水箱，且使用辅助热源，成本较高。综合优缺点，该模式适用于小高层建筑、屋顶面积较大的中高层建筑。
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图2：集中集热+分户供热模式示意图
2.3 分散集热+分户供热
该类型需单户铺设集热器，并将储热水箱安装在每个用户家中，一般将集热器设置在屋面或阳台，如图3，优点是解决了安装面积不足的问题，实现了建筑一体化；单户独立使用热水系统，方便物业管理。缺点是低层区域的用户存在遮光问题，影响储热效能。综合优缺点，该模式适用于南立面光照充足的中高层建筑。
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图3：分散集热+分户供热模式示意图
3．住宅工程太阳能热水系统的施工技术
真空管式太阳能热水系统的安装施工，工艺流程是：准备工作→基座施工→安装钢结构支架→安装集热器→安装辅助设备→安装系统管路→调试→验收。关键环节的施工技术要点介绍如下：
3.1 安装集热器支架
集热器支架通常使用钢结构，严格按照测量放样结果，确定支架的布设位置，并且照图施工。技术要点包括：第一，首先在预埋件上焊接支架钢柱，调整钢柱的平面位置和高程，然后在钢柱上端焊接型钢，形成集热器的布置平面。第二，集热器布置平面焊接后，和支架钢柱形成完整的支架体系，对钢结构表面进行防腐处理。第三，该环节施工中的焊接业务量大，要求焊接人员持证上岗，落实技术交底；并和土建、电气等专业沟通，将支架和建筑物的防雷接地体系连接在一起，防止发生雷击事故。
3.2 安装集热器
对集热器进行安装，分为就位和管道连接两个环节，技术要点如下：第一，集热器绝大多数在室外，测量和精度控制有一定难度。将集热器布设在支架上，要求同轴度组装对接，第一个和最后一个集热管管口，在轴向位于一条直线上，才能确保系统正常运行。第二，集热器安装完成后，防风处理就是规范固定，使用压板钢、螺钉等和支架固定在一起。第三，先安装联集管、再安装真空管，对真空管插管的要求是：①系统管道安装后、满足通水条件，尽量缩短真空管的空晒时间；②插管前，对真空管内部进行清理，避免存在灰尘异物；③插管时蘸水润滑，有助于顺利插入联箱；④用硅胶密封圈进行密封，保证密封圈没有变形、扭曲等情况。
3.3 安装系统管路
系统管理安装时，技术要点如下：第一，根据系统图或轴测图施工，管道下料长度和两侧对接口要相吻合，不能出现反坡。第二，设置管道支脱吊架时，要求支承在可靠结构上，控制好间距大小；如果是悬臂式支托吊架，长度不宜太大，且要设置斜撑；水泵、电磁阀的出入管口，均要安装支托吊架；支托吊架的施工，最好和管道施工同步完成。第三，连接法兰时，按照标准要求选择法兰和螺栓材料，铜法兰和铜管焊接在一起，控制好焊接方法和质量。第四，安装阀门前，检查型号和规格，开展强度测试、严密性试验。安装时应处于关闭状态，注意水体的流向；阀门和管道连接时，不要强行拧紧连接螺栓。
3.4 安装辅助设备
辅助设备主要有电加热器、换热器、膨胀罐、循环泵、温度传感器等。第一，电加热器和换热器安装前，首先根据图纸检查预留设备是否合格，从预留的设备吊装口进入，就位后及时固定。第二，膨胀罐和循环泵的安装，技术要点如下：①根据预留尺寸大小，结合循环泵的型号制作基础，通常使用槽钢对焊完成，形成矩形平面支撑架，且支撑架上有角钢支梁。②在支架上打眼，在基础上钻孔，用膨胀螺栓对两者进行固定，检查倾斜度是否达标。③固定循环泵时，泵和基础接触部位使用橡胶垫减震，用配套螺丝固定；使用多台循环泵的话，还要控制泵的高差。④配件使用法兰连接，主要是柔性接头、单向阀、蝶阀等，最终和循环管路相连。第三，安装温度传感器，先检查传感器本身的性能，看有无缺陷、松动、沙眼等；检查安装位置，看是否安装维修和更换；接线盒、PVC套管间的屏蔽线，应注意保护；屏蔽线和接线盒连接部位，使用防水胶布包裹。
3.5 调试与验收
第一，开展水压试验。水压试验在设备和管道保温之前完成，依据《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》进行控制。水压试验合格，对管道和设备进行冲洗，直至排出的水清澈不混浊。第二，进行系统调试。当热水系统全部安装完成，可进行系统调试，分为部件调试、单机调试、系统联动调试三部分。第三，工程验收时，根据安装施工进度，分别完成检验批、分项工程、分部工程和竣工验收，注意收集相关资料，留底以便后续查询。
4．太阳能热水系统的施工质量控制措施
4.1 完善准备工作
系统安装前，准备工作有三大块：一是熟悉图纸。对土建、电力、暖通等专业的图纸进行研究，编制施工计划，列出材料明细表，做到心中有数。如果发现图纸有问题，例如出现专业碰撞，首先和土建、电力等专业协商，然后将修改意见提交给业主。二是材料准备。材料进场时，按照规范要求进行检查试验，确保质量过关。对材料吊运时，应做好防护措施，尤其是尖锐物品进行包裹，避免损坏建筑的保温层、防水层。三是基础施工。根据图纸进行测量放线，并进行基地清理，要求基础表面平整，顶部标高在同一水平标高上，允许误差为±20mm，分角中心距误差为±2mm。基础完工后，要进行防水处理，尤其是阴角、阳角等部位，防水处理后不能打孔。
4.2 合理选择产品
太阳能热水系统产品，其生产厂家多，产品的性能参数有差异，产品选择时有一定难度。选择产品时，其一要结合施工方案，对照各项技术要求，对产品的外观、性能进行检查，避免出现以次充好的情况。其二要求厂家提供完整的产品标准、出厂合格证、使用说明书等材料，适当提高生产标准，满足安全性、适用性、耐腐蚀性的要求。其三集热器应做成模块，和建筑结构相匹配，不仅方便安装施工，也满足建筑一体化要求。
4.3 现场施工监督
现场施工阶段，是质量控制的关键环节，遵循全程化、全方位的管理原则。第一，基础施工时，钢结构必须牢固焊接，采用防腐处理方案；结构底部要预留排水孔，和防水接触的地方使用胶板；结构表面要美观。第二，支架和集热器安装时，同一排集热器应在同一个水平面和直线上，肉眼不能看到明显偏斜；支架采用钢结构或混凝土，高度在150mm以上；集热器基础的上平面，也要在同一个水平面上。第三，辅助设备较多，要符合设计方案要求。其中，集热器之间使用橡胶软管，并进行保温处理；压力表、止回阀、排气阀等设备，检查无损伤、无泄漏；温度传感器安装在整个管路温度最低的部位，设置单层保温防冻带。第四，管路安装要有支撑和固定，在容易出现故障的位置，加装法兰或活接；按照水体流动方向，设置3%-5%的坡度；有水回流的管路，坡度设置要确保水自然回流，不会出现积存情况；管路穿墙时，合理设计管路，加装穿墙套管；水箱到集热器之间，应做到冷水管路长、热水管路短。第五，电路部分，控制柜应位于干燥、防雨处，周边不能有干扰源，并垫上3mm厚度的胶板；合理设计线路，接线部位预留长度至少30cm；信号线统一使用三芯屏蔽线，屏蔽层或接地线要按照标准要求接地；安装楼层要设置地线，控制柜中的前门、壳体地线接入地。第六，试压调试时，至少运行2天时间，确保各个设备正常运转，管路没有泄露情况，自动和手动功能均可实现；对于温度、水位、温差等参数能正确显示。
4.4 严格验收标准
竣工验收时，验收工作由专业团队完成，从系统外观、参数设置、运行质量等方面进行检查。结合住宅工程、热水系统的特点，严格控制验收标准，例如：各种承压管路系统和设备应做水压试验，试验压力应符合设计要求。非承压管路系统和设备应做灌水试验。当设计未注明时，水压试验和灌水试验应按现行国家标准《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242的相关要求进行。系统水压试验合格后，应对系统进行冲洗直至排出的水不浑浊为止。验收时发现问题，形成书面文件，要求施工团队限期内整改，直至通过验收。
5．工程实例
5.1 工程概况
以某住宅小区为例，采用剪力墙结构，抗震设防烈度为8度，高层建筑1#-4#、6#楼等9个系统，均采用集中集热热水系统工程。
5.2 系统运行原理：
1、太阳能加热：
太阳能通过定温循环来加热集热水箱中的水。即：集热水箱补满水，在光照条件下，当太阳能集热器温度高于50度时，太阳能循环泵启动，集热水箱中的较低温度的水顶入太阳能集热器继续加热，太阳能集热器中的高温水被顶入集热水箱，当太阳能集热器水温低于45度时，太阳能循环泵停止，太阳能集热器继续加热集热器中的水，如此反复，直至集热水箱达到系统设定的水温。
2、供水系统：
热水供水采用增压供水。同时对原有的热水供水管网实现了最大化利用，即：把供热水箱中的热水供至原有热水管网，然后利用系统预留的热水供水管网供至用水终端。
5.3 主要施工方案
1、工程施工工艺流程
热水器基础钢结构焊接→支架安装→安装联箱→安装管道阀门等辅助设备→安装真空管→电路和控制装置→管道保温→试运行→运行→验收→成品保护
2、安装步骤
此类型工程安装为整楼热水系统安装，主要包括支架安装、安装管道阀门等辅助设备、水箱安装、电路及控制系统安装。
太阳能热水系统基础结构是由槽钢构成。从钢材的选择，放样、下料、钢结构焊接等工序按照设计及规范规定执行。焊接工作在整个太阳热水工程中是要求最高的工序。如果焊接达不到设计要求，那将使以后的工作难以进行。补救会造成可观的经济损失。因此，尽管从整体结构的制造中，操作技术含量要求并不高，但对关键部位的焊接、关键部位的拼装焊接，应由有证的焊工来完成，以确保工程质量。联箱内胆采用SUB304/2B不锈钢板制作，聚氨酯发泡保温，外用201不锈钢板包装。每个联箱60/30根，采用横式单插结构，太阳能吸收效率更高。全玻璃真空管材质为高硼硅3.3X10-6 ，尺寸为Ф58*1800mm。管路采用不锈钢管道，型号为DN25、DN32、DN40、DN50等几种型号，按图纸及规范要求进行安装，做到外观好、安全可靠。管路系统安装完毕，应进行水压试验。试验压力为工作压力的1.5倍，试验压力下10min内压力不降，不渗不漏。管路保温材料30mm厚橡塑保温管，本材料导热系数为0.034w／mk，难燃B1级，保温管外包镀锌铁板，保证其整洁美观。水箱安装在设备间，内胆为SUS304-2B食品级不锈钢，满足国家标准，水箱制作完毕后，不得有渗漏、变形等缺陷。水箱的满水试验要符合设计及规范规定，满水试验静置24h，不渗不漏。电气的安装：采用天普热水系统太阳能专用自动控制器。电气配线均走穿线管，穿线管材质为PVC。产品性能均符合国家标准要求与适应当地太阳能热水器安装与使用要求。
5.4 运行效果
该小区内，根据住宅建筑的特点，采用集中集热太阳能热水系统。结果显示：符合设计参数，每人热水用水定额30L/人??d的要求，太阳能保证率大于50%。不仅满足业主的用水需求，而且可以节约电能，具有较高的经济效益和环保效益。
6．结语
综上所述，将太阳能引入住宅工程中，是节能建筑的重要发展趋势。文章以太阳能热水系统为核心，介绍了常见类型，指出施工技术要点和质量控制措施，实例证实具有良好的经济效益和环保效益。希望通过本文，为太阳能热水系统的安装施工提供借鉴，提高工程质量，推动节能建筑快速发展。
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