浅析别墅类住宅太阳能热水系统的设计

浅析别墅类住宅太阳能热水系统的设计

摘要：本文引进了工程实际中的别墅类住宅的太阳能热水系统，介绍了其工作原理、技术特点、设计参数及相关计算；工程应用实例表明该系统具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。

关键词：太阳能热水系统；别墅；效益

随着经济快速发展，能源日趋短缺，整个社会非常重视节能减排，太阳能作为无污染的绿色能源，近几年在住宅的应用得到了快速发展，同时大量省市制订了强制安装太阳能热水系统的政策。因此有必要对各类住宅建筑太阳能热水系统与建筑一体化的设计、安装等进行研究，以改善住宅功能、节省能源，推动生态住宅的发展进程。

别墅类住宅（包括排屋、合院等）属于高档住宅，对热水供水品质要求较高，同时也是政策要求强制利用太阳能的住宅类型。探讨此类住宅的太阳能热水系统设计，有较大的实用价值，并对其他类型建筑相关设计有一定的借鉴意义。

设计时需要考虑到太阳能热水系统和建筑外观结合的问题以及和建筑室内热水系统结合的问题。具体有以下要求：（1）与建筑的一体化设计,不对建筑外观或者整个小区美观形成视觉污染；（2）不会导致热水供水品质低；（3）要求系统节能效果明显,达到预期的经济效益。

一、别墅类住宅太阳能热水系统组成及工作原理

目前，绿城房地产集团旗下的一些高档别墅、排屋、合院等项目（杭州的玫瑰溪谷，湖州的湖州御园，合肥的绿城翡翠湖玫瑰园等）均采用了下图所示的太阳能热水系统。

太阳能热水系统由5个部分组成：家用净水机组，太阳能集热、循环系统，燃气壁挂炉辅助热源系统，储热水箱，控制系统。

该系统中，市政自来水先进入家用净水机组，去除水中异味、色度、细菌等；净水分两路，一路为生活冷水，另一路进入热水储罐，制备生活热水。热水储罐里设有两组盘管，一组盘管以太阳能为热源（太阳能集热板收集热量传递给盘管内的热媒，热媒通过循环，不断将热量传递给热水储罐内的冷水），另一组盘管以为燃气壁挂炉为热源（通过燃气烧90℃左右热水作为热媒）。太阳能集热循环泵的启闭，按太阳能集热器上部水温与贮水箱下部水温温差实施控制，温差高于15℃时启泵，低于5℃时停泵。储热水箱内辅助加热具有定温、定时功能、自动和手动转化功能，系统全天24小时供应热水，保证热水供水品质。

二、别墅类住宅太阳能热水系统设计参数和技术特点

考虑到别墅类住宅的美观和使用安全，通常选用高效的平板式集热板，采用间接加热。主要设计参数：人数，6个；人均热水用量，40L；太阳能保证率，0.5；参照《居住建筑太阳能热水系统设计、安装及验收规范》上相关计算方法，以杭州为例，得出太阳能集热板面积为6㎡。在能满足春夏秋季对热水的需求的情况下，集热板占用屋面面积较小，对建筑美观影响也较小。

太阳能热水系统储热水箱容积V(L)= (50~70)×A(m2) =300L。通常，生活热水用量最大的是浴缸（200L左右），储热水箱容积能保证放满浴缸后还留有余量，不影响其他用水点使用热水。

考虑到冬天、阴雨天的热水需求，设计的辅助热源要能保证100%的热水用量，按《建筑给排水设计规范》上相关计算方法，别墅类住宅辅助热源的设计小时耗热量为8KW。

目前，高档别墅类住宅一般同时配备了地板采暖系统和太阳能热水系统，两个系统合用燃气壁挂炉，平时壁挂炉仅供地板采暖系统使用，当太阳能热水系统需要辅助热源时，通过自动控制系统，地板采暖换热循环泵关闭，热水换热循环泵开启。这种方案节省了一套加热设备，而且以地暖的要求配备的壁挂炉制热能力强，高于别墅类住宅热水的小时耗热量，能适应现在市场上的豪华淋浴器对热水的超常规需求。

如果没有壁挂炉作辅助热源，也有其他方案替代，比如采用电辅助加热的方式，或者采用在燃气热水器里加一组太阳能热媒盘管的方式。

三、别墅类住宅太阳能热水系统效益分析

1．经济效益

别墅类住宅太阳能热水系统最直接的效益是经济效益，以生活热水估算，以每天将100升水从10℃升高到45℃所需能耗进行比较计算：

总能量：Q=Cpm△T=4.18×100×(45-10)=14630 KJ

式中：Q——该热水系统运行需要的能量（KJ）

Cp——水的定压热容（Cp=4.18KJ/Kg•℃）

△T——水的温升（热水温度与冷水温度之差）

m——水的质量（kg）

每平方米太阳能集热板的年平均获热量相当于125Kg煤，以每户装6㎡集热板算，每年用户节约了750Kg煤。

从投资的角度看，如果把所有的设备算上去，计算成本：用电热水1.26元、燃气热水0.80元、太阳能热水0.41元。

2．社会效益

太阳能供热技术与建筑整合，不仅改善了建筑功能和居住环境，而且代表和体现了绿色建筑的内涵，通过工程应用，别墅类住宅太阳能热水系统具有良好的示范效果，他将在房地产开发市场上发挥其独特的竞争优势。当今人们对居住环境和舒适性要求越来越高，而装设太阳能热水系统的建筑单位面积增加的投资不太高，只要推广措施得力，将来的市场竞争力越来越强。

3．环境效益

太阳能热水器的推广使用将带来显著的环境效益,我国以煤为主要能源,煤燃烧后产生的污染物主要有SO2 、CO2、烟尘等，太阳能热水器每平方米集热面积平均年节能量约为125Kg标准煤，每年可减排CO2 90Kg、SO2 2.5Kg、粉尘25Kg，对环境起到了保护的作用。

参考文献

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[5]仲继寿．住宅太阳热水系统工程整合设计研究．国家住宅中心，2005.12．