某別墅小區(qū)太陽能與建筑一體化設計

某別墅小區(qū)太陽能與建筑一體化設計陳繼友1,宣玲娟2,沈念俊1摘要:本文介紹了分體承壓式太陽能熱水器的組成、工作原理、性能特點和一體化安裝方式。以別墅工程設計實例配以集熱器安裝詳圖、預埋件安裝詳圖、管道穿屋面詳圖說明分體承壓式太陽能熱水器與建筑一體化的做法，并對本項目的得失進行了總結。關鍵詞：分體承壓式太陽能熱水器;特點;建筑一體化;工程實例DesignonthesolarenergyandbuildingintegrationinavillaChengJi-you1,XuanLing-juan2，ShenNian-jun1(1.AnhuiTextileIndustrialDesign&ResearchInstitute，Hefei230001,China;2.AnhuiUniversityofArchitecture，Hefei230601,China)Abstract:Thispaperintroducesthecomposition,workingprinciple,performanceandintegrativeinstallationmodeoftheseparated-pressuredsolarwaterheater.Combinedwithavillaprojectandthedetailedplanoftheheatcollector,pre-buriedcomponentandpipesdrillingthroughtherooftoshowthepracticeofitwiththebuildingintegration,andsummarizesthegainandlossoftheproject.Keywords:separatedsolarwaterheater;Characteristics;buildingintegration;projectexample0引言隨著人民生活水平的日益提高，人民對住宅衛(wèi)生熱水的需求越來越高，尤其是新購住宅，幾乎無一例外要安裝生活熱水設備。近年來國內房地產業(yè)的高速發(fā)展和人們對節(jié)能減排認識的提高推動了太陽能與建筑一體化技術突飛猛進的進步，越來越多的房地產商對之表現出了濃厚的興趣，房地產開發(fā)商為提升綠色生態(tài)住宅的品位、檔次和賣點，也努力讓自己的住宅產品附帶太陽能熱水設備。與建筑一體化程度很高的分體承壓式太陽能熱水器以節(jié)能環(huán)保與美觀的突出特點越來越受歡迎，特別是在別墅、高層住宅陽臺等地方得到最先運用。本文以分體承壓式太陽能熱水工程實例介紹了分體承壓式太陽能熱水器的組成、工作原理和性能特點，并以別墅工程設計實例說明了設計思路和分體承壓式太陽能熱水器與建筑一體化的做法，針對本項目的得失進行總結。1項目概況本項目位于六安市，始建于2007年，小區(qū)內共176套別墅，應開發(fā)商要求，每套別墅配套太陽能熱水系統。每套單體別墅為兩層，分體太陽能集熱器一體化安裝于坡屋面，水箱置于二層開敞設備平臺。六安地處皖西，為典型夏熱冬冷氣候區(qū)域，本設計所取氣象參數參照境內霍山58314號氣象臺站，其氣候特性如下：臺站名稱霍山臺站號58314臺站類型基本站地理北緯(度)31.40地理東經(度)116.32拔海高度(米)68.1常年大氣壓(帕))100845本處所取氣象年類類型典型氣象年冬季通風室外計算算溫度-1.6℃冬季日照百分率33％極端最低溫度-17.4℃極端最高溫度40.7℃2分體承壓式太陽能熱水器介紹2.1系統組成分體承壓式太陽能熱水器系統組成見圖一。主要包括：太陽能集熱器、承壓儲熱水箱、智能控制器、循環(huán)管路（包括膨脹罐、水泵和閥件等）部分。圖1分體承壓式太陽能熱水器原理圖2.2工作原理集熱器、換熱盤管和泵站中的循環(huán)泵構成溫差循環(huán)管路。當集熱器與水箱的溫度差達到控制器設定值（△t1）時循環(huán)泵啟動，驅動換熱介質在集熱器和水箱之間循環(huán)，通過熱交換器將太陽集熱器收集的熱量傳導至貯熱水箱中。在循環(huán)泵運行過程中，當溫差小于設定值（△t2）時，循環(huán)泵將停止工作。太陽能不足或對水溫要求較高時的熱量補充由水箱中的輔助電加熱棒提供。循環(huán)管路中的膨脹罐和泵站中的安全閥對循環(huán)管路分別起到緩沖壓力防止水錘、限定壓力和限定溫度的作用，以確保循環(huán)系統的運行安全。2.3設備特點1）分體安裝、承壓運行，操作簡單；2）智能化控制系統，具有手動/自動/自由設定等多種模式；3）集熱單元與建筑完美結合，適合各種建筑風格，各種角度的坡屋面、陽臺等；4）輔助電加熱棒保障24h熱水供應和高負荷用熱水時的供水質量；5）安裝方案多樣，運行可靠，滿足家用、工程等個性化需求2.4安裝布置集熱器固定于屋面上，儲熱水箱布置因地制宜，整個系統承壓運行。集熱循環(huán)管路和用水循環(huán)管路在室內貼墻或者埋地暗敷，根據具體情況在不破壞結構的情況下穿墻布置，穿樓板時根據需要做防水處理。3建筑一體化設計一體化設計3.1集熱器與屋面一體化設計目前家庭常用熱水器為直插式，用支架安裝于屋面，該種熱水器為普及太陽能和提高人民生活水平作出的巨大貢獻。但隨著人民生活水平的提高，對熱水需求量的提高和對建筑美觀外立面的要求，具有大容量和與建筑一體化的分體式太陽能熱水器越來越受到歡迎。本設計中將太陽能集熱器安裝于屋面預埋基礎上，集熱定位見圖2。圖2集熱器瓦屋面布置圖瓦屋面集熱器基礎做法主要有半突出支座式和嵌入支架配和防水面板式。半突出支座式因其造價低廉、施工簡單和防水性能優(yōu)異而被本設計采用，具體做法見圖3。施工安裝方法如下：基座與預埋件施工完畢后涂與屋面瓦塊同色油漆兩遍。預埋件上下排間距1650mm，左右排間距1500mm，集熱器真空管數量可以根據實際需求調整，如用戶因調整集器真空管數量導致集熱器尺寸變化時，本預埋件位置不變，只需將集熱器寬度方向固定點調整為1500mm即可。圖3瓦屋面集熱器安裝詳圖集熱器基礎需要預埋連接配件，預埋做法見圖4。為滿足強度和與建筑外觀協調問題，預埋件需滿足如下要求：預埋件采用可焊性良好的鋼材；鋼筋采用一級鋼；焊條采用E43，焊縫厚度均應大于或等于焊件厚度；預埋件表面涂防銹漆兩遍，磁漆2~4遍，涂料顏色同屋面瓦塊。圖4基礎預埋件詳圖3.2熱水箱位置的確定貯熱水箱位置影響到系統的集熱效率和用熱水的便利性。水箱離集熱器距離過遠導致系統循環(huán)管路過長，增加循環(huán)管路熱量損失，同時增加循環(huán)動力損耗和動力容量，故貯熱水箱與集熱器距離越短越好。為滿足貯熱水箱連接供熱水管道的便捷性要求和集熱器與貯熱水箱接管距離不宜過長（本處實際接管3.2m）以提高系統集熱效率的工藝要求，本項目在閣樓設置一開敞機位，用于放置太陽能貯熱水箱和空調外機，該機位空間外飾百葉遮擋，這樣的處理既使該空間滿足設備工藝需求，又可使建筑外立面美觀大方。貯熱水箱位置見圖5。圖5貯熱水箱布置圖3.3管道穿屋面的做法管道穿屋面處需預埋套管，具體做法見圖6。本處套管所穿屋面為懸挑屋面，整個設備均處于室外，即使因防水套管年久老化導致漏水也不至影響建筑內部空間的使用。圖6管道穿屋面詳圖4項目得失總結4.1建筑一體化設計本項目總體上外觀整潔美觀，設備與建筑融合程度較高，水箱位置安排滿足設備技術要求和用戶使用要求。人站在遠處看，好似屋頂設置了采光天窗，巧妙實現了太陽能構件與建筑的融合，增添了建筑動感。但是集熱器只做到與建筑外立面的結合，但是沒有達到建筑構件化要求，沒有完全與建筑一體化，因此，太陽能與建筑一體化技術尚有待提高。4.2穿屋面部分套管套管所穿屋面為懸挑屋面，不經過室內，整個太陽能系統安裝于建筑外部，不影響建筑內部空間的美觀，且方便維修，即使系統故障也不會以為跑冒滴漏影響建筑內部空間。4.3選用二次換熱循環(huán)集熱系統采用乙二醇防凍溶液作為二次換熱循環(huán)導熱介質，清潔衛(wèi)生，二次換熱會致系統集熱效率降低。但乙二醇防凍溶液可有效保證冬天外露太陽能管道不被凍裂，保證在六安典型氣象年有508h干球溫度≤0℃的情況下，設備可有效防凍，為設備安全運行提供可靠保障。4.4采用承壓水箱水箱水壓由市政自來水提供，故熱水無需熱水泵驅動，既使系統操作簡化，又降低造價和運行成本。4.5輔助電加熱裝置為保障陰雨天氣及用戶超負荷用熱水需求，本系統水箱下端和中間各配備一只電加熱棒，當水箱熱水量不足時，用戶自主加熱，實現24h熱水供應，提高用戶用水滿意度，提升居住品質。4.6智能控制器智能控制器具有啟停控制、溫度顯示、開機自檢、故障顯示、手動/定時輔助加熱等功能。多種控制模式簡潔易操作，輔助加熱模式可設定，簡潔又節(jié)能。4.7管道敷設分體式太陽能冷熱水管根據水箱放置的位置布管，實現了設備與管線外置，方便日后管理和維修。但是本系統因用過水點多，不好設置回水管路，故在用水點使用熱水時，需放掉水龍頭至水箱之間管道中的冷水，雖然輸配管道已作保溫處理，用戶在短時間間隔內第二次用水時溫降不致過大，但仍會造成水資源的浪費。因此，太陽能熱水管道走向設計和回水設計等問題是我們重點需要解決的問題之一。參考文獻:[1]國家住宅與居住環(huán)境工程技術研究中心.住宅建筑太陽能熱水系統整合設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.[2]鄭瑞澄，等主編.民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.[3]羅運俊.關于平板與真空管太陽集熱器的綜合評述[J].北京市新能源與可再生能源協會2004年年會文集,2004.[4]羅運俊，陶楨.太陽熱水器及系統[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007.[5]中國建筑標準設計研究院.太陽能熱水器選用與安裝[M].北京:中國計劃出版社,2006.[6]杭英，丁煒.“建