摘要：文章就太陽能熱水器的應用現狀和發展前景以及其在住宅建筑中的安裝、運行及管道系統的布置形式及特點進行討論。
　　關鍵詞：太陽能熱水器；往宅建筑；管道系統
　　0前言
　　隨著能源可持續發展戰略思想的深入，使用無污染能源和清潔能源已在各個領域展開，其中，太陽能作為清潔的可再生的自然能源，具有很大的利用潛力。利用太陽能而制造生產的熱水器便成其為節能、環保、低成本、安全、耐用的綠色能源新產品。隨著太陽能熱水器推廣使用,越來越多的建筑物屋頂都安裝了太陽能熱水器,但由于沒有統一規劃,安裝位置參差不齊,管道布置零亂,很不美觀。在能源和環保問題日受關注的今天，傳統的燃氣和電熱水器中加熱過程中均存在能耗大、廢氣污染、使用不安全等諸多問題，使節能、清潔、安全的太陽能熱水器在住宅建筑中的應用更呈現出廣闊的前景。
　　1.太陽能熱水器應用的現狀與矛盾
　　目前我國太陽能熱水設備與住宅的結合還處于初級階段，探討階段，往往只重視由太陽熱能變為熱水的技術，回收裝置的技術，集熱器的使用質量等，而忽視其他方面的問題，把太陽能熱水器僅僅作為一個后期添加的設備來使用和無顧忌的到處架設，從而極大地影響太陽能熱水設備進入住宅的步伐。太陽能熱水設備作為一種清潔能源的利用，在環境改善中發揮了巨大的作用，同時卻又造成較大的視覺污染：如在屋頂上零亂的擺布，橫七豎八的管線，金屬構件造成的光反射都對環境造成不小的負面影響。此外后期添加的太陽能熱水器，還影響熱水系統的運行質量，嚴重者可能造成安全隱患，如熱水器跌落傷人、屋頂破碎、房屋漏水等。出于無奈，一些小區物業管理公司明確禁止居民安裝太陽熱水器，甚至勒令將已經“上樓”的太陽能熱水器請下樓，將人們生活中急需的這一清潔能源拒之門外。
　　2太陽能熱水器與住宅設計的有機結合
　　太陽能熱水設備由集熱器、蓄熱水箱、循環管道、支架、控制系統及相關附件組成，必要時還要增加輔助熱源。要實現太陽能與建筑一體化，必須在建筑的設計階段就應將太陽能熱水設備的各個部件，都做作為建筑物構件去設計，在立面造型、結構形式、給排水系統中通盤考慮。在外觀上，實現太陽能熱水系統與建筑完美結合，無論在屋頂、陽臺、墻面或其它部位都要使太陽能集熱器成為建筑的一部分，實現兩者的協調統一；在結構上，妥善解決太陽能熱水系統的安裝問題，確保建筑物的承重、防水等功能不受影響，還應充分考慮太陽能集熱器抵御強風、暴雪、冰雹等的能力；在管路布置上，合理布置太陽能熱水系統物質循環管路和冷熱水供應管路，減少熱水管路的長度，而留出各種管路的接口、通道；在系統運行上，要求系統安全可靠、穩定、易于安裝、維護，合理解決太陽能與輔助能源加熱設備的匹配，實現系統的智能化和自動控制。
　　3太陽能熱水器在住宅建筑上的常見形式
　　3.1單戶式安裝太陽能熱水器
　　單戶式安裝采用自然循環式家用太陽能熱水器,安裝在屋頂經特別設計留用的區域里。同一單元住戶整齊排放。熱水器由住戶自行購買安裝,開發商預先安裝好經保溫處理的進出水管(大都兩管合一),住戶根據自己的習慣使用熱水器內熱水。水電費用住戶自理，管道費用計入購房成本。戶用式熱水器的缺點就是管道成本較高,一戶一管，管道占的空間大,但使用費處理比較簡單。這種形式目前我在國應用較多，特別是別墅、住宅樓頂上面幾層用戶。
　　單戶式太陽能熱水器的集熱板與保溫水箱組合成套安裝。由于設備內熱水靠熱虹吸作用進行自然循環一一集熱板內的水被太陽能加熱升溫，密度變小，上升進人保溫水箱，密度大的冷水從保溫水箱內補充進來，再被加熱上升，如此循環不息，使整箱水都被加熱。所以保溫水箱必須設在集熱板上方，集熱板向上傾斜與水平成30度夾角插人保溫水箱。按熱水供水方式的不同，太陽能熱水系統又可分為泄水式和頂水式兩種。
　　3.1.1泄水式系統
　　所謂泄水式系統，就是保溫水箱中設一通氣管與大氣連通，也稱為開放式系統。水箱內設水位控制裝置使水箱內水位保持一定高度。使用時打開供水管上的閥門，熱水靠保溫水箱與用戶用水點間的位高差流向用水點。此系統的特點是太陽能熱水器本身不需要承壓，使用時熱水靠重力流向用戶。其缺點是靠近頂層的用戶因位差小致使壓力不足，熱水流量小、流速緩慢。
　　
　　                          
　　        1保溫水箱2集熱板3截止閥4止回閥5通氣管
　　                   圖1：泄水式系統布置示意圖
　　3.1.2頂水式系統
　　頂水式系統其保溫水箱為全封閉式。使用熱水時，打開進水管上的閥門，熱水靠進水壓力頂出水箱，流向用水點。若進水壓力不足時，可用泵進行加壓。此系統的優點是熱水壓力充足，使用效果較好，但熱水器需要能承受壓力。單戶式系統的太陽能熱水器內也設有電輔助加熱系統，以保證全天候供應熱水。安裝時可根據管道的長短、管材的絕熱性能來選擇管道是否包保溫層。該系統運行維護方便，管道系統簡單，適合家庭用戶獨立安裝使用。

                                      
　　                1保溫水箱2集熱板3截止閥4止回閥
　　                     圖2:頂水式系統布置示意圖
　　3.1.3單戶式設備選擇與安裝
　　熱水器集熱板要最大限度地接受太陽輻射，就必須選擇最佳的日照角度，因為我國處在北半球，所以太陽能熱水器應朝正南方向安裝。如果受建筑物條件的制約也可選擇偏東南或偏西南方向。經過實際比較，熱水器的朝向對其熱效率5%-10%的影響。實驗中還發現集熱板與水平夾角約為30度時熱效率最高。與水平夾角為30度的傾斜安裝方式還有利于多排熱水器的安裝，每排集熱板之間留1米左右的維護通道，能有效利用建筑物面積。在住宅樓中，太陽能熱水器可安裝的部位有建筑物的屋頂、建筑物南陽臺和建筑物的南邊外墻。
　　（1）屋頂部位
　　當太陽能熱水器安裝在屋頂時，由于其位置較高，可以形成自然壓頭，管路選擇比較靈活，既可以選擇頂水式，也可以選擇泄水式。相應集熱器類型也有較大的自由度，自然循環式、強制循環式和直流式均可。對于平屋頂要注意集熱器的平面安裝位置。應當盡量減少水平管路的長度，將集熱器置于衛生間的上方。有利于設置管路和固定支架。對于坡屋頂則最好選擇集熱器與儲水箱分離的熱水系統，將儲水箱置于吊頂內，可以減少屋面的荷載。另外坡屋頂橫管式太陽能熱水器最適合坡屋頂平房或樓房，水箱外形象“餅干”一樣平貼于斜屋面，克服了各種太陽能熱水器重心高、在坡屋頂上安裝困難等缺點，安全可靠，外形平整，成片安裝整齊美觀，已大量被房地產公司配套安裝。
　　（2）墻面與陽臺
　　在墻面或陽臺安裝太陽能熱水器，可以減小管路的長度。對于高層住宅是其他安裝方式不能替代的。由于與用水端沒有足夠的高差，所以在墻面或陽臺安裝的系統必須采用頂水式管路。而且同坡屋頂一樣，應盡量選擇集熱器與儲水箱分離的系統，可以減小墜落傷人的概率。
　　3.2單元式安裝太陽能熱水器
　　單元式安裝不論是平屋頂還是坡屋頂,通過設計處理,將集熱器組和一個強制式循環水系統的大貯水箱,安裝在住宅建筑物的屋頂上。出熱水管分別接到每個住戶。通過控制系統自動給水，自動停水。住戶用水前,通過溫度傳感器檢查水箱中的水溫，確定是否需要啟動輔助加熱器（還可依據時間段來比較太陽能所產生的熱水量是否到達原設計需保證的熱水量而自動啟停輔助加熱器等多種自動控制方式來保證熱水的正常使用）。只要水箱設計合理,可以比戶用式太陽能熱水器更隨心所欲地使用熱水。至于費用管理,通過給每個住戶安裝熱水表,按表的讀數分攤輔助加熱器所耗電費（輔助加熱器一般采用空氣源熱泵或電加熱器），或者通過成本核算確定單價，用智能抄表的方式計費。該方案的缺點是連續的陰雨天住戶如要用熱水,加熱器要加熱一個大水箱的水，因而一個合理實用的輔助加熱系統自動控制便相當重要，不然容易造成用戶用水的等待,或者加熱過多的熱水用不完而造成浪費比較嚴重。這種形式一般用于多層住宅中。
　　3.3集中式太陽能熱水系統
　　近年來，高層住宅不斷興熟，并在住宅開發中占有一定比例、但高層住宅在應用太陽能熱水器方面存在幾個不利因素。首先，高層的天面面積占整樓的建筑面積比例小，天面設備多，太陽能熱水器所能利用的面積有限。其次，天面至低層用戶的管線長，需穿越的樓層多、水頭壓力大、熱損失大、用戶檢修維護較困難等。所以，高層住宅的太陽能熱水器一般在樓盤開發階段由開發商統一安裝集中式的太陽能熱水系統。
　　集中式太陽能熱水系統由集熱板組、保溫水箱、智能控制系統、輔助加熱系統、管道系統等幾個部分組成。集熱板分排布置且與保溫水箱分離，多排并聯的集熱板組由天面水箱或變頻給水設備提供水源。集熱板組中的水吸收太陽能溫度上升，變成熱水，由水泵引至一個大的保溫水箱中集中儲存，然后通過管道系統供應給各層用戶。整個系統由智能控制系統控制。集中式太陽能熱水系統充分利用高層住宅屋面面積及南向墻面面積等接收太陽能，以電能或燃油、燃氣鍋爐作輔助加熱，達到節能目的，為整棟樓住戶提供全天候不間斷的熱水，水溫、水壓均得到保證。
　　4 結語
　　目前城市住宅的節能意識已提升到了一定高度,而既節能又取之不盡的太陽能熱水器的普及率卻不高。建筑及給排水設計人員，應了解及掌握各種太陽能熱水器產品的特性、技術參數，在設計中考慮太陽能熱水設備或合理預留太陽能熱水器的安裝條件，使其與建筑物更好地有機結合。積極推廣這種環保產品，將有利于促進我國建筑節能方面的發展。