民用建筑太阳能热水系统施工设计分析

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　　摘要：太阳能热水供应系统，投资回收期短，耗能低，节能效果十分明显，而且太阳能是一种无污染能源，这是其它能源所无法比拟的。本文分别从建筑总体规划设计、建筑单体设计、建筑构造设计以及太阳能热水系统类型的选择等几个不同的角度介绍了太阳能热水系统的设计要点，旨在推动太阳能热水系统的设计全面纳入民用建筑工程设计工作的开展。
　　关键词：民用建筑；太阳能热水系统；贮水箱
　　
　　为了将太阳能热水系统的设计纳入建筑工程设计，统一规划、同步设计、同步施工，与建筑工程同时交付使用，提高民用建筑太阳能热水系统设施工程质量，在进行了广泛的调查研究后，归纳总结了省内外近年来民用建筑太阳能热水系统一体化技术的实践经验。下面笔者就民用建筑太阳能热水系统建筑专业设计要点进行阐述。
　　1系统概述
　　太阳能热水器是利用光能―热能转换原理，让阳光经过集热装置，将冷水加热，通过循环管将热水储存起来，可随时取用。太阳能热水供应系统分类：根据季节可分为全年使用系统（一般采用真空管组合）和春、夏、秋三季使用系统（一般采用钢铝复合管集热板组合）；根据有无辅助加热可分为有辅助加热的全天候使用系统和无辅助的纯太阳能热水系统；根据内胆是否承压分为非承压式和承压式内胆太阳能热水器。非承压式内胆的太阳能热水器热水供应系统属于“落水式”系统，即冷水上水管与热水取水管是同一根管路，热水器的水箱内胆不具备承压能力，上水是靠自来水的压力充水，下水（供应热水即取水）以太阳能热水器的水箱产生的静压力为动力。由于该系统在使用中存在诸多问题，故常用承压式（水顶式）家用太阳能热水器。承压式太阳能热水器的内胆最好采用搪瓷内表面，它比不锈钢的成本低，且容水的品质好，尤其是干法挂搪瓷的内胆，其搪瓷的牢固度高。采用承压式系统，还必须解决与内胆联结的集热管承压问题。
　　建筑总体规划设计除满足诸多规划要素外，还应结合太阳能热水系统对建筑物朝向、房屋间距合理规划，提供适当的空间环境，用于布置太阳能集热器。太阳能热水系统布置应与周围环境协调、风格统一。充分利用太阳能，既解决能源问题又保护了居住环境。
　　太阳能热水系统与建筑一体化设计时应结合建筑物周围的景观与树木绿化种植，避免对投射到太阳能集热器上的阳光造成遮挡，避免安装太阳能集热器部位的建筑被自身及周围设施所遮挡。在不影响建筑效果的前提下，提供尽量多的布置太阳能集热器的场所，为接收较多的太阳能创造条件。同时，建筑设计宜避免设置多余的、凹凸不平的装饰线条或挡板，外部体型和空间组合应与太阳能热水系统结合，以利于太阳能集热器充分接收太阳能，提高集热效率。
　　2太阳能热水系统设计
　　2.1系统选择
　　太阳能热水系统按供热水范围分为集中供热水系统、分散供热水系统、集中-分散供热水系统；太阳能热水系统按系统运行方式分为自然循环系统、 直流式系统、强制循环系统；太阳能热水系统按生活热水与集热器内传热工质的关系可分为直接系统、间接系统；太阳能热水系统按辅助能源设备安装位置分为内置加热系统和外置加热系统；太阳能热水系统按辅助能源启动方式分为全日自动启动系统、定时自动启动系统、按需手动启动系统。
　　因此，太阳能热水系统类型的选择，应根据建筑物的使用功能、热水供应方式、集热器安装位置和系统运行方式等因素，在满足建筑物内部功能和外部造型要求的前提下，经过综合技术经济比较确定。
　　2.2安装位置选择
　　太阳能集热器位置的设置，可根据建筑物的使用功能和外部造型选择如下形式：
　　平屋顶建筑可采用隐蔽型的一体化形式，在建筑上通过技术处理采取加高女儿墙，在特别部位增设装饰性遮挡构筑物和修建屋顶水箱间等办法，避免和减少太阳能热水系统对建筑形象的改变和破坏；平屋顶和坡屋顶建筑可选用集热屋面形成和谐型的一体化形式，将太阳能热水系统作为建筑的一部分彰显出来，在工程设计、设备安装、设备色彩、工程尺度等方面尽量与建筑的功能、造型、色彩、风格、质感相和谐，形成一个整体的建筑视觉效果；平屋顶和坡屋顶建筑可采用融合型的一体化形式，以建筑和建筑需求为主体，将太阳能热水系统作为建筑的一部分，一个功能部件来设计、安装。采取集热屋面、集热阳台、集热空调栏板、集热平台、集热墙面等形式，与建筑以一种完整的、内外统一的形式共存。
　　总之，太阳能集热器安装在建筑物上的位置，可以根据工程具体情况及使用要求设置在建筑 物的屋面、阳台、外墙面、墙体内(嵌入式)以及建筑物的其他部位，并将其设计成建筑的组成部分，设置于建筑物外围任何部位的太阳能集热器均应规则有序、排列整齐并应与建筑的使用功能和外部造型相协调一致。太阳能集热器无论安装在何处，均应满足在大寒日有不少于4h日照时数的要求。
　　2.3贮水箱设计
　　建筑设计应配合给排水专业准确确定太阳能热水系统贮水箱的容积、尺寸、大小及重量，合理设置贮水箱的位置,如贮水箱宜靠近太阳能集热器设置,尽量减少因管线过长而产生的热损耗；贮水箱的周围应具有相应的排水、防水设施；贮水箱的放置位置宜选择室内，可放置在地下室、半地下室、储藏室、阁楼或技术夹层中的设备间，室外可放置在建筑平台、阳台或不影响建筑功能的屋顶上。放置在室外的贮水箱应有防雨雪、防雷击等保护措施，以延长其使用寿命。贮水箱上方及周围侧面应有净空不宜小于600mm×600mm的人员检修出入孔
　　以满足检修、清洁及维护空间的要求。
　　3建筑施工工艺
　　3.1平屋面的设计要求
　　太阳能集热器支架应与屋面预埋件连接牢固，并应在地脚螺栓周围做防水密封处理； 在屋面防水层上设置太阳能集热器时，屋面防水层应包到基座上部，其上返高度须满足泛水高度的要求，并在基座下部做附加防水层；太阳能集热器周围屋面、检修通道以及屋面出入口和集热器之间的人行通道上部 应铺设保护层；太阳能集热器与贮水箱相连的管线需穿屋面时，应在屋面预埋防水套管，且套管高度应满足泛水高度的要求。防水套管应在屋面防水层施工前埋设完毕，并应对其与屋面相接处做防水密封处理。
　　3.2坡屋面的设计要求
　　太阳能集热器无论是嵌入屋面还是架空在屋面之上，其坡度宜与屋面坡度一致。一般情况下集热器安装倾角等于本地区纬度。如果系统侧重在夏季使用，其安装倾角应等于本地区纬度减10°；如系统侧重在冬季使用，其安装倾角应等于本地区纬度加10°；设置在坡屋面上的太阳能集热器宜采用顺坡镶嵌设置或顺坡架空设置；太阳能集热器与坡屋面结合处雨水的排放应通畅；坡屋面上太阳能集热器与贮水箱相连的管线需穿过坡屋面时，应在屋面预埋防水套管，且套管高度应满足泛水高度的要求。防水套管应在屋面防水层施工前埋设完毕，并应对其与屋面相接处做防水密封处理；设置在坡屋面上太阳能集热器的支架应与埋设在屋面板上的预埋件连接牢固，并应采取防水构造措施；顺坡镶嵌在坡屋面上的太阳能集热器，不得降低屋面整体的保温、隔热、排水、防水、防雷电、抗雹、抗风及抗震等功能要求；顺坡镶嵌在坡屋面上的太阳能集热器，其与周围屋面材料连接部位应做好防水构造处理，并应使结合处雨水排放通畅，不得出现积水现象；集热器与屋面交接处除用防水嵌缝膏填密实外，还宜设置挡水盖板；顺坡架空在坡屋面上的太阳能集热器与屋面间空隙不宜大于100mm；在坡屋面上安装太阳能集热器，既要保证二者连接牢固，能足以承受风荷载外，更要保证安装人员的安全。为便于检修维护，应在坡屋面安装太阳能集热器附近的适当位置设置出入屋面孔洞。
　　3.3阳台的设计要求
　　设置在阳台上的太阳能集热器宜有适当的倾角；设置在阳台上的太阳能集热器,其支架应与阳台地面预埋件连接牢固，并应在地脚螺栓周围做防水密封处理；嵌入阳台栏板的太阳能集热器，则本身构成阳台栏板或栏板的一部分，其刚度、强度、热工、锚固、防护、防水、隔声、抗震等功能应满足建筑围护结构设计要求；挂在阳台栏板上的太阳能集热器支架应与阳台栏板上的预埋件连接牢固；应为阳台栏板上集热器的维护和局部更换提供有效的安全防护措施及操作空间；室内冷热水管穿楼板部分应采取管道保温、防结露等措施，避免影响室内美观和正常使用。
　　3.4外墙面的设计要求
　　设置在外墙面上的太阳能集热器宜有适当的倾角；设置太阳能集热器的外墙除应承受太阳能集热器荷载外，还应对安装部位可能造成的墙体变形、裂缝等不利因素采取必要的技术防护措施；设置在外墙面的太阳能集热器支架应与墙面上的预埋件连接牢固，必要时在预埋件处增设混凝土构造柱，并应满足防水、防锈、防腐等要求；设置在外墙面的太阳能集热器与贮水箱相连的管线需穿过墙面时，应在墙面预埋防水套管，并应做防水密封处理。穿墙管线不应设在结构柱(梁)处；太阳能集热器镶嵌在外墙面时，其外观(含颜色与尺度)宜与墙面装饰材料的色彩、分格协调一致；由太阳能集热器构成的外墙部分，应满足其刚度、强度及防雷电、抗风、抗震等围护和防护功能要求。
　　4结束语
　　太阳能是清洁、可再生能源。我国是能源消费大国，又是能源缺乏的大国，在民用建筑中充分利用太阳能供热技术，是促进建筑节能的有效措施之一。要实现这一目标，关键在于太阳能热利用的创新及热水系统的完善，在于热水系统和建筑的一体化设计与实施。

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