摘要：随着科学技术的发展和社会环保节能需求的提升，清洁可再生能源利用得到了充分重视和发展，太阳能热水系统就是一项非常重要的再生能源技术运用。本文以水岸青城项目工程实际为例，对建筑一体化太阳能热水系统设计深化及控制点进行剖析。
关键词：建筑一体化太阳能系统；空气能；设计深化；
前言
随着能源的需求和科技的发展使得全球转向开发利用清洁无污染、分布广泛的可再生能源——太阳能、风能、地热能等，而太阳能热水系统显著的经济、环保和社会效益，立刻在民用建筑中得到了广泛的应用。但在建筑一体化太阳能热水系统的发展过程中，仍然存在与建筑结合度不高，系统设计不合理，造成用户使用舒适性、便捷性不高。本文结合实际工程，对建筑一体化太阳能热水系统进行设计深化及控制要点进行研究。
1建筑一体化太阳能热水系统设计的基本原则
太阳能集中热水系统应与建筑工程统一规划、同步设计、同步施工、同时投入，实现与建筑物有机结合，外观上要合理布置太阳能集热器成为建筑的一部分；结构上要确保建筑物的承载、结构安全及系统安装的牢固可靠；管路要合理布置太阳能循环管路及冷热水供应管路。
集中式太阳能热水系统的几大核心技术采用了集热技术、热水循环控制技术、水箱储热技术、回水循环技术，每个子系统通过智能控制技术联动。要求在系统功能设计上要遵循稳定、安全可靠、易于安装施工、维护检修，方便客户使用，要实现系统能智能化和自动化控制。
2建筑一体化太阳能热水系统在中高层建筑的设计深化运用
2.1系统参数计算及设计选型
2.1.1 中层、高层用户用水参数计算：
（1）屋面集热器提供热水量计算。本项目建筑每栋屋面经实际测量可安装集热器面积约105 m2。根据太阳能集热器面积计算公式计算屋面可提供的热水量约为6910.28kg。60 ℃热水为0.9832kg/L，换算成容量为7028L。集中供热水用水定额：60L/人天，每户按3.2人，每户供热水量为192L；屋面可安装集热器能提供用户数计算：7028÷192=36.6户，取正为36户，本项目每层共4户，顶层往下9层的用户可设计为屋面太阳能集热器供热.
（2）顶层往下9层的用户太阳能集热器可采取阳台、外墙安装方式。为不破坏建筑外立面，影响项目法式高端楼盘品质，我们将顶层往下9层的用户供热方式改为分散式，采用在生活阳台独立安装空气源热泵代替太阳能集热器，最大限度的避免了外立面受影响，减少阳台、外墙安装集热器给用户生活带来不便。分散供热水用水定额为40L/人天，每户按3.2人，每户供热水量为128L，设备选择1台1HP（150L）即可满足每户使用热水需求。
2.1.2 中层、高层建筑太阳能系统设计选型
本项目中、高层建筑一体化太阳能热水系统设计深化为太阳能+空气源热泵类型，其中顶层向下9层采用屋面安装太阳能集热器的方式集中供热水，其余楼层采用每户安装1HP（150L）的空气源热泵的方式分散供热水。其工作原理为：
（1）集中式太阳能热水系统：太阳能集热器和承压水箱通过太阳能工作站构成热循环回路，当集热器温差控制仪表（T1）与承压水箱底部温差控制仪表（T2）温差达到设定值（T1>T2约8-10℃），太阳能工作站启动循环泵，在循环泵的运转下，不断把集热器吸收积累的热水，与水箱内的冷水进行热交换，从而逐步提高水箱中水温。
（2）空气源热泵系统：空气源热泵通过向承压水箱的换热盘提供能量构成热水加热系统，当空气源热泵温差控制仪器（T3）处温度达到设定值（45℃≦T3≦50℃）为保证用户使用过程的安全，泵站内置专用控制仪表具有水箱高温保护功能：当集热器温度接近水箱内的水温时，或水箱达到设定的最高保护温度时水泵停转，以免水温过高，伤及用户。为保证热水热水器循环回路运行安全可靠，在回路中安装吸收式膨胀罐，在非正常使用情况下，吸收和补充由于循环回路中的液媒温度升高或降低而引起的液媒体积膨胀或缩小，管道容积内超出或减少的部分液媒体积的变化，从而保证热水器循环管路安全。
2.1.3 中层、高层建筑太阳能系统其他设计要求
（1）为抗霜冻，屋面集热器采用真空管，不采取平板，真空管面积为0.135㎡/支，每栋屋面设置105÷0.135=777.7支，取整770支。
（2）集中泵压水箱需770×0.135×70=7.28立方，实际选择8立方水箱。
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（3）在实际安装时应优化水箱安装位置及热水管安装走向，确保水箱到最远用水点管道不超过35米，以便取消回水系统；分散式供热水系统由于用水管道每户都不超过10米，均可取消回水系统。每户取消回水系统后可节约工程费用2500元/户。整个项目可节约工程费用为（745+360）×2500元=276.25万元；
3建筑一体化太阳能热水系统在别墅建筑区中的设计深化运用
3.1别墅建筑区太阳能系统选型设计
别墅区屋面为斜屋面，楼层较低，且别墅区客户供热水要求更高，为确保使用，应设计为太阳能集热器为主热源，空气源热泵为辅助热源的双热源系统。
3.2别墅建筑区太阳能系统深化设计
3.2.1 别墅区系统需要解决的问题
别墅区受安装位置限制，水箱到用户最远用热水点达到60米。管道过长，经计算分析存在如下问题：
（1）如系统不设置回水系统，用户使用热水时，平均需等待约1.5分钟，且每次浪费用水约浪费10L左右，按每天使用6次计算，每天约浪费50L左右的自来水。
（2）如使用常规回水系统，以温度T4结合运行时间段进行控制，每天回水系统运行10h。热水供回管道每天的耗热量：0.015kW/m×60m×10h＝9kWh＝32.4MJ，用户安装的太阳能集热器约70%的太阳能用于回水循环耗热，
3.2.1 别墅区系统深化设计方案
将回水系统回水泵优化为增压泵。其控制原理：用户使用热水时，水流开关动作，如持续时间超过4s-5s（可减少用户非持续用水的误动作），则认为用户有热水使用需求，启动增压泵使热水管内的水流速度达1.5m/s－2m/s，提高管中冷水流速。
3.2.2 别墅区系统深化设计方案优势分析
（1）出热水时间短。设定增压泵运行时间20秒，用户约20秒钟即可使用热水，而非之前的1.5分钟，使用热水时等待时间减少70%。
（2）冷水损耗低。每次用水排出管内存有的冷水约由10L降至2.5L，按每户每天使用6次计算，每天可节约管内存水约45L，全年使用300天可节约用水135000L。
（3）用户可随时使用热水，不受回水时间段的限制。
系统设计深化后，可为别墅客户节约大量水费，极大提升了用户使用舒适度及满意度。
4应用效果
4.1社会效益
（1）本项目建筑一体化太阳能系统进行设计深化后，经严控施工质量，系统呈现美观、运行稳定可靠，效能一次性通过检测，并验收合格。
（2）系统投产后，运行稳定，使用便捷舒适，客户对太阳能系统满意度高。
4.2经济效益
（1）本项目中、高层建筑区太阳能系统通过深化设计，采取了更加科学的系统类型、合理的系统配置，减少了回水系统，在满足功能的情况下节约建设成本约276.25万元，经济效益好。
（2）本项目别墅建筑区太阳能系统通过深化设计，解决了别墅区客户用热水等待出热水时间长、管中冷水损耗高、使用时间受限的问题。为客户节约大量水费的同时，还极大提升了用户使用舒适度及满意度。
结论：通过水岸青城项目对建筑一体化太阳能系设计深化的成功运用，体现了通过太阳能系统的设计优化提高了系统的科学性、经济性，提升了客户使用满意度，创造了社会价值和经济价值。在太阳能系统应用实施时还能严控施工图设计质量、严控工程施工质量，这样才能将建筑一体化太阳能系统的优势最大化体现，提升工程管理水平和质量，提升项目品质。
参考文献
云南省建设厅《太阳能热水系统与建筑一体化设计施工技术规程》（DBJ 53－18－2007）
第4.4.1--4.4.11.
作者简介:左伟（1977-）男、汉族、四川乐山人、工程师、大学本科、主要从事房地产开发管理。
论文作者:左伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/17
标签：太阳能论文; 系统论文; 热水论文; 回水论文; 水箱论文; 建筑论文; 屋面论文; 《基层建设》2019年第31期论文;