顾臻荣
摘 要：在给排水设计中应用太阳能热水系统，一方面可以大大减少二氧化碳的排放量，对地球大气环境的保护意义重大；另一方面通过对太阳能的充分利用，降低常规能源的消耗以缓解能源危机的威胁。而现阶段太阳能热水系统在我国给排水设计中的应用还存在诸多问题，为此本文将就此展开探讨。
关键词：给排水设计；太阳能热水系统；节能
中图分类号：TU822 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0117-02
1 给排水设计中太阳能热水系统的应用要求及存在问题
1.1 应用要求
第一，24h热水供应不断。资料表明，居民日常生活热水主要用于洗浴。生活用水高峰时段一般为19点至23点，出水温度一般设定为40～50℃，保证全天24小时的热水供应。
第二，节水、节能。太阳能热水系统若安装在屋顶，热水器到用水点距离过长，低层用户需放掉很多无效冷水，造成浪费，此外管道过长也会造成热损。因此，应尽量设置在用水点附近，缩短管线长度，并做好管道保温。也可采用循环系统，使传热工质不断循环加热，保证管道内的工质温度水平。
第三，冬季正常使用。在冬季寒冷地区使用的太阳能热水系统，需做好管道保温、防冻措施，一旦管道冻裂会引起整个系统的崩溃。和直接循环系统相比，间接循环系统用户用水不与传热介质接触，只在贮水箱内通过换热器接收热量；传热介质中可加入防冻液保证系统在冬季正常运行。
第四，热量分配均匀、易于收费管理。集中热水供应系统必须考虑用户热水用量的计量方式和收费办法。辅助能源费折合到系统热水单价中，各户热水成本需随着辅助热源用量的不同而不同。若平摊费用，会造成付费不公平的问题。因此，集热器之间以及集热器和贮水箱之间宜采用同程连接，各用水末端水流阻力相近，相对于系统管路的位置基本相同，保证对每户供热的均衡。辅助加热系统分户设置，辅助能源费由各户自己承担。
1.2 存在问题
现阶段给排水设计中应用太阳能热水系统时，由于建筑本身因素或者太阳能热水设备的因素导致应用时遇到如下突出问题：
首先，建筑设计完全没有安装太阳能热水器的准备，所以其安装起来对建筑的结构和外观有一定的影响。
其次，一些建筑屋顶设计缺乏统筹，管线、支架外露、各种风帽以及通气管布置杂乱现象，并且各居民用户自行安装，不同的形式、品牌、规格、位置的太阳能热水器造成建筑外观杂乱。
再次，分户式热水系统占据大部分，该系统适用于分散用户，但对于集合住宅而言，该系统总体造价高、布置分散且零乱，不易于建筑一体化的设计。
最后，目前生活热水使用时间分配没有一个明确的规定，往往系统都是按照全年24小时运行进行设定，通过调查多数系统冬季运行难以满足用户的用热需求，同时夏季系统还会出现过热的情况。另外，一些全天运行的系统，在白天所收集的热量到了晚间也不足以满足用户需求。
2 给排水设计中太阳能热水系统的应用改善
2.1 集热器的合理选择
真空管型和平板型是现阶段我国采用较多的两种太阳能集热器，表1为两种集热器的特征及安装使用特点。从集热性能而言，真空管型在冬季要优于平板型，春秋两季大体相同，而夏季平板型占优，具体选择时参考如表2所示的选择。
2.2 与建筑的结合方式
（1）与屋顶结合。容易形成自然压头，管路系统形式比较灵活，集热器类型选择方面有较大的自由度，日照条件好。此外，太阳能热水系统与屋顶的结合还有利于紧贴屋顶安装，减小了风力的影响，还能起到隔热层的作用。（2）与阳台和立面墙结合。该方式主要是考虑高层建筑中低层住宅管道长度或屋顶没有安装空间的因素。热水系统以分体式为主要方式，贮热水箱安装在室内。该太阳能热水系统集热器位于各住户外墙或阳台，对其他住户没有影响，同时由于集热器安装都比较近，管路的连接比较简单，管道短，热损失少。（3）与遮阳板结合。通过这种形式的应用，使该装置达到夏季防晒作用，并且有效的利用了空间，达到合理高效的吸收太阳辐射。
2.3 住宅太阳能热水系统选择方式
节水节能、经济实用、安全简便、便于计量应作为住宅太阳能热水系统的设计的原则。针对不同的住宅建筑，选用的系统形式也各不相同。需要根据应用建筑的特点来进行设计分析。
2.3.1 多层住宅
屋面面积在多层住宅中比较充裕，系统选择方式可以多变，根据住户热负荷量来设置集热面积。同时可以使用的形式为分离式、强制循环的太阳能热水系统和集中式太阳能热水供应系统。该两种方式有自己的特点，具体说来：
第一，分离式、强制循环的太阳能热水系统。该模式的优点为：储水箱离用水点近，户内支管管路短；冷热水系统水力平衡，便于调节；系统单元设备的产权明确，由各使用居民承担。缺点如下：该系统需要设置管道循环泵，会产生电耗，同时有噪音影响；每户需要设置上下循环管，占地面积大，影响公摊区域。
第二，集中式太阳能热水系统。该模式的优点为：一对一的对应形式，节电降噪；管路设置少，节约公共管道面积和管材；物业统一维护、管理。缺点如下：该系统需要独立水箱间，并且计量收费，受到物业管理水平和居民的缴费意识影响；大容积的承压贮热水箱投资较高。
2.3.2 小高层、高层住宅
小高层、高层屋面集热装置的安装面积有限，以集中太阳能热水系统为优先考虑方案，也可以考虑阳台栏板型或墙面安装集热器的局部太阳能热水系统。
在使用集中式热水系统时，需要考虑两方面因素：其一，集热器宜布置在小区内的供热站附近，为小区供应热水时减小热损失；其二，当供热水系统为单栋或一个单元供应时，集热器宜在屋面布置，同时贮热水箱以就近布置为原则，并且保证其分区与供水系统一致。
2.3.3 别墅
大部分别墅用于度假使用，并不长期居住。由于其用水间断性，无人居住不使用热水。有人居住时，要求热水舒适性高，并且用水量大。所以在设置太阳能热水系统时宜采用强制循环、分离式系统，在室外只需集热器安装，同时考虑水质卫生和冬季防冻需求，采用防冻工质二次换热形式。
3 案例
案例为宜兴某度假村独栋客房（类似别墅）。采用集中集热-集中储热的太阳能热水系统，并采用燃气热水炉为辅助热源，集热板设置在屋顶。
太阳能热水系统设计。
用水人数：按3床位，用水定额：120L/每床位每日；
设计热水温度：60℃，设计冷水温度：5℃；
太阳能集热器方位角与建筑同方位，为南偏西0度；太阳能集热器的倾角建议范围为当地纬度29.8°，集热器平铺安装于屋面上，此时。
客房热水平均负荷为420L/d。
直接加热系统集热面积：
AJC===9.2m2
实际设计集热器采光面积采用10m2（采用2m2集热板5块），不足部分采用辅助热源补充。
燃气热水炉作为辅助热源，设置储水罐。当冬天气温低，太阳能加热不能满足要求时，开启燃气热水炉加热。
4 结语
本文力争通过给排水设计中太阳能热水系统的合理设计，提高太阳能供热水系统使用的舒适度，降低工程造价，从而使太阳能供热水系统与燃气热水器、电热水器相比，具有在相同的经济成本的情况下，有更高的舒适度，以更快的推广太阳能技术的应用。
参考文献
[1]李益勤，杨培云.建筑太阳能热水系统的设计比选[C]//全国给水排水技术信息网41届技术交流会论文集，2013：72-75.
