基于太阳能的建筑热水供水系统设计探讨

刘兴来

（广东汉能薄膜太阳能有限公司517000）

摘要：近年来，随着经济条件的改善，人们对生活质量的要求不断提高，确保建筑热水供应，是满足人们舒适生活的重要前提。在生态环保理念逐渐深入人心的今天，必须高效利用太阳能资源，建设基于太阳能的建筑热水供水系统。但就现阶段来说，我国在基于太阳能的建筑热水供水系统设计方面的研究较少，尚处于起步阶段，实际设计时面临着诸多问题，必须给予高度重视及深入研究。

关键词：太阳能；建筑；热水供水系统；设计

1前言

热水能耗是我国建筑能耗的一个重要组成部分。随着生活水平的提高，用户对热水的需求不断增加，热水能耗比例不断提高。太阳能与生活热水的能源品位十分接近，利用太阳能制备生活热水是太阳能最广泛的应用技术之一。将太阳能与热泵有机结合，兼顾了太阳能充足时太阳能直接制备生活热水及太阳能不足时高效制备生活热水的需要，可以实现降低热水能耗，对促进建筑节能具有实用价值和意义。

2基于太阳能的建筑热水供水系统设计

2.1建筑太阳能热水供水系统的结构设计

建筑热水供水系统主要由进水部分、加热部分、供水部分组成，因此，设计基于太阳能的建筑热水供水系统的时候，也要从这几个方面入手。首先，对进水部分进行设计的时候，主要采取单向阀门的形式，并要综合考虑建筑体高度、自来水管线以及压力等因素，确保管线连接的科学性；其次，对加热部分进行设计的时候，需要全面考虑太阳能真空管加热手段、水箱储水能力等因素，同时也要注意集热器的布置排列；最后，对供水部分进行设计的时候，因考虑重力势能来设计水箱高度，确保水箱可自动供水，通常不单设水泵，所以需要在结合冷水管、热水管之后再规划设计，并要采取封闭管道、独立管道进行优化，以确保管道的整体合理性，为后期使用及维护奠定良好基础。

2.2建筑太阳能热水供水系统的水箱设计

对水箱进行设计的时候，需要考虑水箱体积、水箱热补偿以及水箱保温效果三个方面的因素。首先，水箱体积。水箱体积通常设计为热水需求量的40%，以在确保热水供应的基础上减少成本；其次，水箱热补偿。建筑热水通常是需要晚上大量供应，而这一时间段太阳能利用率较低，几乎为0，因此，此时主要是使用水箱存储的热水，可采取电能补偿作业的方式；最后，水箱保温效果。通常采取普通保温方法，也就是在水箱外表面包裹保温材料。同时，也可以采取真空包裹保温方法，也就是在水箱外侧设置真空层来达到隔温保暖的效果。

2.3建筑太阳能热水供水系统的定温循环系统设计

对进水部分进行设计的时候，应及时给予差额补水管理，确保水箱、上水管之间的有效连接，这种方式下，能够为差额补水过程提供良好的作用，保障冷水能够快速与水箱内部的热水混合起来，提高温度的均一性提升加热效率。定温循环系统设计过程中，还要采取循环加热方法，在外界驱动下，使水源循环流动，并依次流经集热器、加热管，使水温逐渐提高。采取循环加热方法，可以得到理想的效果，即使太阳能等级达不到要求，也可确保热水供应，具备较强的稳定性，还不会导致热水总量减少。与此同时，采取循环加热方法，可快速提高新进凉水的温度，不会导致水箱整体温度的大幅度波动。

2.4建筑太阳能热水供水系统的集热器排列设计

集热器排列是建筑太阳能热水供水系统结构设计中的重要部分，可采取并联或者是串联的形式，不同形式各有自身独特的特点。并联方式下，可以确保一定时间内低温热水的大量供应；串联方式下，可采取循环加热方法来对水进行加热。通常来说，建筑热水供水系统主要采取强制循环法来对水进行加热，所以并联方式、串联方式的热水贡献基本相同。实际设计时，可不考虑并联方式、串联方式的加热特点，仅考虑建筑外立面结构以及建筑体高度等因素来选择集热器的排列布置方式。此外，集热器排列设计中，若是外界顶部空间比较充分，则可采取并联方式、串联方式相混合的方法。对于建筑立面的集热器，则需要采取串联方式。

3基于太阳能的建筑热水供水系统的参数设置

3.1平均日用水量

太阳能作为一种清洁可再生能源，具有间歇性的特征，白天利用率较高，夜晚利用率几乎接近0，但是，建筑热水供水系统必须为全天供应，在计算用水量的时候，不可以瞬时参数为准，应当计算平均日用水量，充分考虑当地气候、居民习惯等因素，并参考《建筑给排水设计规范》的要求，来选取日热水用量定额参数。一般执行如下标准：对于局部热水供应系统，居民平均日用水量以每人每天33升为准；对于集中热水供应系统，居民平均日用水量以每人每天40～50升为准。

3.2太阳能保障率

建筑太阳能热水供水系统在运行过程中，不可避免地会出现一定的损耗，因此，也要考虑太阳能保障率方面的因素，以避免这种损耗对热水供应产生的影响。通常，太阳能保障率与系统能量转换率、水箱保温效果以及管道保温效果等因素相关。结合当下应用较为广泛的热管真空管，假设要求出水温度为70摄氏度、进水温度为20摄氏度，那么阳关等级C级、建筑太阳能热水供水系统的太阳能保障率为每年每平方米1249千瓦时，则可满足要求。

3.3冷水、热水温度

冷水、热水温度的选择，应充分考虑节能、防腐、细菌繁殖等因素。建筑热水供应系统的冷水温度，通常按照当地年平均气温计算，但温度在20～30摄氏度的时候，细菌繁殖速度较快，因此，最好将冷水温度设置为20摄氏度以下。建筑太阳能热水供水系统的热水温度通常较低，单日用水量较大，因此水箱内部置换频率较快，可减少病菌的繁殖，且若是几天没有用热水，那么水箱内部温度则会维持较高水准，天气比较晴朗的情况下甚至可以达到70摄氏度，可避免细菌的生长。

4结语

综上所述，基于太阳能的建筑热水供水系统设计中，应重视结构设计、水箱设计、定温循环系统设计、集热器排列设计等关键环节，并要切实做好平均日用水量、太阳能保障率以及冷水、热水温度等参数设置，以确保建筑热水供水系统设计的科学性。

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