探析太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用

探析太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用
摘要：随着人们对可循环能源应用的重视，太阳能热水系统被广泛应用到给排
水的设计中去。

基于此，文章对太阳能热水系统在给排水设计应用中的作用进行
详细的分析。

接着从太阳能热水系统在给排水循环系统、分户水箱以及集中能源
系统中的应用三个方面进行具体的研究。

进一步提高太阳能热水系统在给排水设
计中的应用。

关键词：给排水设计：太阳能；热水系统：可再生能源
太阳能作为一种可再生的能源，不仅可以免费的被利用，而且也无需运输，
并且对环境也没有任何的污染。

如何合理以及有效的利用太阳能，就成为了现在
很多部门所关注的重点。

太阳能热水系统作为一个比较环保的技术，也被人们应
用到城市的住宅之中。

随着近些年来相关的政策的推行和太阳能热能的利用技术
的进步和发展，在居住建筑中推广和应用太阳能热水系统便成为了一个重要议题。

太阳能的广泛应用是实现建筑节能的重要举措。

与传统的热水系统相比来看，太
阳能热水系统更加强调的是，能与建筑设计的完美结合。

这也决定了太阳能热水
系统在应用中的特殊性。

1.太阳能热水系统应用优势分析
太阳能是一种自然资源，利用太阳能集热器将太阳能辐射进行采集使其能够
把水加热使用，是太阳能应用中极具经济价值的一项应用。

在工程中，太阳能热
水系统能够发挥非常重要的作用。

太阳能的首要特征在于可循环再生，也是一种
随时随地、可自由利用的资源。

在热水设计中，应用太阳能热水系统在一定程度
上节省后续投入。

不仅能降低消耗能源的现象，减少对环境的污染，而且还能够
控制设备的运行能耗。

进行建筑给排水设计时，应用太阳能热水系统，需要按照
建筑物的规模与类型等因素，选择适宜的系统类型，主要从系统类型与优缺点等
方面加以考虑。

2.太阳能热水系统的应用与一体化设计
近些年来，与太阳能热水系统相关的理论越来越多，也不断地向更深层次进
行了探索。

太阳能的利用方式也变得更加丰富。

在所有的太阳能利用手段中，太
阳能热水技术相对其他方式来说，成本更低、技术更成熟，现已经被应用到建筑
领域的诸多相关行业当中。

相关部门须建立太阳能热水与建筑一体化的系统框架，以进一步提升太阳能热水系统的技术。

在运用过程中，既要符合当地的气候环境，还应结合建筑的规划布局，以更好的进行设计和运用。

2.1太阳能热水系统的改进
太阳能热水系统的改进主要从两个方面进行：①提高可靠性；②提高适用性。

对于提高可靠性方面，一方面要提高太阳能热水系统的自动化；另一方面，
也要提高太阳能集热器的效率。

对于提高适用性方面，主要是因地制宜、因时制宜、因人制宜。

根据不同要求，提供相应系统。

2.2关于太阳能热水系统的安装方式
太阳能热水系统与建筑一体化设计重点在于，采用什么样的安装方式。

根据
集热器与建筑主体结合的位置作出相应的改变。

角度的大小、方式的选取、安装
的位置等既要保证集热量，又要保证建筑的使用和外观的呈现。

主要是从以下几
个方面来描述：
2.2.1集热器与屋面的结合
我们知道，因为集热器是收集太阳能的主要部件之一，所以，安装的位置要
足够空旷，周围是不能有建筑物以及树林等遮挡阳光，不然的话，集热器就会集
不够、集不到太阳能。

相关人员认为，最理想的安装位置是——屋面。

对于普通
式的自然循环热水器来说，必须要采用支架，利用支架使其形成一个三角形。

利
用三角型具有稳定性这一重要命题，使二者形成一定的倾斜角度。

于是，热水就
能够依靠重力的循环来进行下一步骤的开发与利用。

但是，这种方式也同样会带
来不方便，会占据一定的屋面空间。

对于坡屋面来讲，则应当尽量依据屋面的坡
度安装集热器。

图1集热器与屋面结合的安装节点图
2.2.2集热器与墙面和阳台的结合
对于建筑物来说，分有高层和底层的区别。

在安装过程中，我们往往会由于
空间的限制而不得不改变策略，但是，这种能够改变不是大幅度的改动，只需要
稍作调整即可。

我们可以采用分体式承压系统。

但是，这样也会出现另一个问题，那就是水箱会占据一定的使用空间。

集热器与墙面结合，应当在外墙设置预埋件。

集热器与阳台结合，可将集热器作为阳台栏板使用。

图2集热器与墙面结合安装图
2.2.3太阳能热水系统与建筑一体化的构造连接
太阳能热水系统与建筑连接的构造方式也是一体化设计的重要问题。

在设计
的时候，施工人员应将结构的安全性摆在首位。

之后，再来考虑建筑防水层、保
温层的完整性，不要仅为了一体，而破坏了其余部分的使用，返工不仅浪费资源，同时也是对财力的一种浪费。

在安装集热器时，要按照以下要点进行：①安装倾角。

尽量和本地纬度相同，若太阳能热水系统多应用于夏季，则安装倾角可以设置为本地纬度减去10°，若
多应用于冬季，则安装倾角可以设置为本地纬度加10°。

选用水平热管集热器时，可以将安装倾角设置为0°，若选用热管式集热器，则安装倾角要＞10°。

②安装
方位。

朝向正南或者南偏东西30°范围内，以确保集中热效果，尽量不将集热器
安装在背阴区域，要确保日照时间＞4h。

③联接方式。

可以采取并联或者串联等方式，来连接集热器组，尽量选择并联方式。

若为自然循环系统，则可以并联集
热器。

平板型设备并联，其数目要＜16块，各系统全部集热器设备数量要＜24
块。

对于全玻璃真空管，以东西方向设置的集热器设备，在相同斜面上采取多层
布置的，集热器采取串联方式，数量要＜3块。

3.给排水设计中太阳能热水系统的应用
3.1在给排水循环系统的应用
太阳能热水系统在给排水设计中的应用模式主要是循环模式。

大致流程为，
通过给排水系统中的收集管对太阳能进行收集，收集完毕后将收集的太阳能通过
传导管传输到集热管中去，利用集热管中太阳能的热量对水箱中的水进行加热，
使水箱中的水温达到标准温度。

随着水箱内水温的上升，水箱内的整体温度也随
之上升，下循环管中储存的热量也越来越多。

当水箱内水温下降时，下循环管内
的能量会自动对水箱中的水进行加热，使水温始终保持在标准温度的范围内，该
循环系统的应用，有效的实现了给排水管内能量的循环利用。

太阳能热水系统在
循环系统中的应用，能够使给排水系统的热水无论在任何环境下都能够进行保持
一定的温度，提高了使用者在使用过程中的使用效率。

另外，太阳能系统在进行
安装的过程中，由于具有安装步骤简单、成本较低以及安装时间短等特点，所以
被人们广泛的应用在实际生活中去。

2.2在给排水分户水箱中的应用
首先，由于传统的太阳能给排水加热系统在进行自来水加热的过程中，受安
装空间的限制较多，所以无法在所有安装环境中进行安装，导致了一部分人无法
利用太阳能系统对自来水进行加热，对人们正常的生活造成了一定程度的影响。

分户水箱的设计，有效的解决了太阳能给排水系统无法在空间狭小环境下进行安
装加热的这一问题。

通常情况下，由于环境的限制，在高层居民楼以及高层商场
中无法安装太阳能给排水系统。

其次，通过分户水箱对整体的太阳能系统进行分户设计，可以在不影响太阳
能热水系统使用效果的同时，有效的缩小了太阳能在安装过程中需要的空间体积，使太阳能给排水系统能够在任何的空间下进行运作，提高了人们的生活质量。

在
对太阳能热水系统进安装的过程中，由于所占的体积较小，使用者可以根据建筑
室内的装修风格对太阳能热水系统的外形进行选择，在不影响太阳能热水系统使
用效率的情况下，提高了太阳能给排水系统的美观程度。

最后，太阳能给排水热水系统在分压水箱中的应用大大降低了污水对环境的
影响程度，对一部分污水进行循环处理，在节省了运行成本的同时，提高了太阳
能热水系统的使用效率。

由于太阳能热水系统在给排水分压水箱中的应用具有稳
定性好、工作效率高以及运行成本低等特点，所以一经推出就等到了人们广泛的
应用。

某工程中商业综合楼的总面积为6520.16m2，高度为66m，地下共1层，地
上共10层，1层为商铺，2层为餐饮，3～5层主要为办公室和雅间，其余为公寓。

工程所处地区夏季的最高温度可达39℃，冬季最低温度可达－3℃，年平均温度
为16.7℃，年平均日太阳辐照量为12.613MJ/m2。

因该工程中的建筑物主要为商用，且楼层较多，为了保证太阳能的高效使用，工程采用了一种新型的集热器类型，即新型复合抛物面聚光集热器，结构信息如图3所示。

工程中的CPU综合使
用了真空与热管技术，是依据边缘光线原理进行设计的，为非城乡低聚焦度聚光器，该设备的优点为接收角度，在运动过程中可以不持续追踪太阳，定期调整倾
角便可保证应用效果最佳。

CPC热管式真空管集热器管应用过程中优势还体现在
热容量小、工作范围大、热量损失较小等方面。

图3CPC热管式真空管集热器结构示意图
由于该系统的应用主要集中在夏季，优化设计方案，安装角度最终设定为20°。

该工程所处地区夏季太阳的平均辐射强度为I=850W/m2，若需要倾斜安装，则需
要调整辐射强度，结合该工程的实际情况，需减少10%，即太阳能的辐射强度为
I=765W/m2。

该工程共设置有356组集热器，依据屋顶的设计情况来说，屋顶的
总面积为1142.39m2。

结论
随着国家经济的快速发展、建筑设计师的不断努力和总结改进，建筑太阳能
热水系统以及相关的技术也不断地走向了完善和成熟。

合理、有效地利用太阳能
技术，已成为国家不可改变的大趋势。

太阳能热水系统的应用，在确保给排水工
程项目稳定运行的同时，也实现了节能环保的目标，从而降低了相关的能源消耗。

这对减少环境污染，实现国家可持续发展起到了重要作用。

参考文献：
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