北京丹普壁掛爐售后維修(北京壁掛爐售后維修中心)

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前沿拓展：

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摘要：“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用至今，已經(jīng)具備了一定的市場規(guī)模和廣泛的市場發(fā)展空間，筆者通過多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)該系統(tǒng)的發(fā)展歷程、介紹了目前行業(yè)中近乎全部典型的系統(tǒng)形式、相關(guān)產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計理念，提出了“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)面臨的問題和發(fā)展方向，以此拋磚引玉，希望能夠?yàn)樘柲苁聵I(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

前言

集中集熱分戶換熱系統(tǒng)是近幾年來廣泛應(yīng)用于太陽能集中供熱水工程項(xiàng)目的系統(tǒng)形式之一，這種系統(tǒng)是不同于以往太陽能熱水系統(tǒng)的一種新的應(yīng)用形式。

集中集熱分戶換熱系統(tǒng)最早出現(xiàn)是在2007年，由北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司提出，其原理是借鑒了陽臺壁掛式太陽能熱水器的儲熱水箱設(shè)計思想，整體系統(tǒng)構(gòu)想是應(yīng)天津市建委的要求，響應(yīng)當(dāng)時天津市政府民心工程的設(shè)計理念，與天津市建筑設(shè)計院共同研究并設(shè)計推出的一套太陽能與多層、中高層民用建筑領(lǐng)域結(jié)合的系統(tǒng)形式。

“集中集熱分戶供熱”主要解決了太陽能熱水系統(tǒng)對于高層、小高層建筑收費(fèi)難的問題，同時，在體現(xiàn)公平、合理使用太陽能的原則下，彰顯了“能量免費(fèi)”和“使用者付費(fèi)”的設(shè)計理念，因此，該系統(tǒng)一經(jīng)推出，短短幾年就占據(jù)了民用建筑太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的絕大部分市場，甚至在行業(yè)內(nèi)形成了這樣一種趨勢——能夠設(shè)計“集中集熱分戶供熱”系統(tǒng)的太陽能公司方能被太陽能行業(yè)專業(yè)人士認(rèn)可。

誠然，“集中集熱分戶供熱”太陽能系統(tǒng)由于其系統(tǒng)優(yōu)勢——解決了收費(fèi)問題，使其更容易被房地產(chǎn)開發(fā)商和用戶接受，但“集中集熱分戶供熱”太陽能熱水系統(tǒng)目前也有其難以解決的問題，本文將一并提出，希望行業(yè)內(nèi)外有關(guān)人士能建言獻(xiàn)策，將“集中集熱分戶供熱”太陽能熱水系統(tǒng)不斷完善使之發(fā)揚(yáng)光大。

集中集熱分戶供熱系統(tǒng)詳解

“集中集熱分戶供熱”太陽能熱水系統(tǒng)容易與“集中分散供熱水系統(tǒng)”相混淆，對照《民用建筑太陽能設(shè)計規(guī)范》GB503642005相關(guān)條款的規(guī)定，集中分散供熱水系統(tǒng)是不適合高層或小高層運(yùn)用的。

表11 太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計選用表（摘自GB503652005表4.2.6）

表一：太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計選用表

針對此問題，作為《民用建筑太陽能設(shè)計規(guī)范》GB503642005國家標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人之一，北京市太陽能研究所學(xué)術(shù)委員會主任、國家新能源工程技術(shù)研究中心副主任何梓年老師給出了兩點(diǎn)解釋：

1、規(guī)范所設(shè)定的不適用是在編訂時的技術(shù)條件下制定的，受當(dāng)時條件所限，并沒有涵蓋所有的系統(tǒng)形式；

2、規(guī)范所規(guī)定的是指供熱水系統(tǒng)，而“集中集熱分戶供熱”系統(tǒng)供應(yīng)的是熱量而非熱水，因此并沒有違背國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

為了與規(guī)范中的系統(tǒng)區(qū)分開來，何老師將該系統(tǒng)命名為為“集中集熱分戶供熱”系統(tǒng)，簡稱“集分系統(tǒng)”，雖然現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)有各種不同的名稱如： “集中集熱分戶儲熱”、“集中集熱分戶儲熱供熱”等等，其本質(zhì)還是“集分式系統(tǒng)”，設(shè)計思路和理念并沒有變化。

“集分式系統(tǒng)”的設(shè)計主要考慮了幾個方面：

1、集中集熱——將足夠供應(yīng)整個建筑或系統(tǒng)的太陽能集熱器集中布置，集熱器所得的熱量統(tǒng)一收集，統(tǒng)一分配，這樣就使得用戶所得到熱量不再受日照條件、樓層高低等客觀條件的限制，從而確保最大收益、合理分配、減少能源浪費(fèi)。

2、分戶供熱——指的是將集熱器收集的熱量公平的分配給每個用戶，每個住戶得到等額的熱量，并且降低住戶的費(fèi)用支出，除去合理的運(yùn)行公攤支出外，不再為熱量付費(fèi)。

從以上介紹可以看出，“集分式系統(tǒng)”是由兩個獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)組成，“集中集熱”是指太陽能循環(huán)集熱系統(tǒng)，通常都設(shè)計有儲熱水箱、循環(huán)水泵、循環(huán)管路和控制系統(tǒng)等幾個部件，這和以往的太陽能熱水系統(tǒng)組成部件一樣，采用的溫差循環(huán)原理也一樣，稍有不同的只是儲熱水箱的容積要遠(yuǎn)小于以往的系統(tǒng)。

許多設(shè)計人員認(rèn)為“集分式系統(tǒng)”的儲熱水箱設(shè)計容量小是為了使得儲熱水箱得到的水溫大幅升高，從而提高分戶換熱的換熱能力。其實(shí)，在北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司最初設(shè)計“集分式系統(tǒng)”時，并沒有將這個水箱定義為儲熱水箱，而是定義為“落水水箱”，其主要功能是為了解決北方冬季集熱器的防凍問題，因?yàn)椤凹质较到y(tǒng)”除了循環(huán)水泵等必要的用電必須分?jǐn)偼?，降低常?guī)能源的消耗來降低住戶的花費(fèi)也是設(shè)計目的之一。

既然“集分式系統(tǒng)”的水箱是為了解決冬季防凍而設(shè)置，因此，設(shè)計容量是依據(jù)集熱器和循環(huán)管路所容納的最多水量而計算出來的，再經(jīng)過水箱單位容積的性價比對比選型，最終確定為1~2立方米的凈容積，現(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)選擇的1~2立方米也是參照了當(dāng)時的設(shè)計。

典型的“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)原理圖如下：

圖一：典型“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)原理圖

從“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計的基本思路上可以看出，整個系統(tǒng)是由太陽能集熱部分和分戶換熱部分兩部分組成。

太陽能集熱部分比較傳統(tǒng)：就是一個由集熱器、循環(huán)水泵、儲熱水箱、循環(huán)管路及控制儀表組成的直接開放式循環(huán)系統(tǒng)，通常采用的是機(jī)械式強(qiáng)制溫差循環(huán)；分戶換熱部分是由循環(huán)水泵、戶內(nèi)換熱水箱及連接管路組成的閉式循環(huán)系統(tǒng)，一般為了保證各個水箱的換熱效果一致，循環(huán)管路設(shè)計時遵循了“等徑同程”的三管形式，即由一根供水管、兩根回水管形成分戶換熱水箱“并聯(lián)”的形式，為節(jié)省建筑內(nèi)管井的占用空間，在有條件的住宅樓往往也采用多住戶共用一根主回水管式的方式，如下圖：

圖二：“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)主回水式原理圖

從最近接觸的工程項(xiàng)目設(shè)計和運(yùn)行效果來看，儲熱水箱（或叫落水水箱）的設(shè)置并不是唯一可行的設(shè)計方案——用板式換熱器或容積式換熱器取代儲熱水箱，同時采用防凍液等具有抗凍能力的循環(huán)介質(zhì)來進(jìn)行集熱換熱的間接式閉式循環(huán)系統(tǒng)也得到的較好應(yīng)用和推廣，采用板式換熱器的系統(tǒng)圖如下：

圖三：“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)板換式原理圖

由上圖可見，采用板式換熱器或容積式換熱器的系統(tǒng)，減少了水箱儲熱升溫的過程，使得集熱器獲得的熱量第一時間就能夠用于戶內(nèi)換熱水箱的換熱，這樣的設(shè)計有幾個優(yōu)點(diǎn)：

1、減少了儲熱水箱需要提升水溫至一定的溫度后才開始戶內(nèi)水箱換熱的過程，從每日的換熱過程來說，采用換熱器的方式延長了戶內(nèi)換熱時間，從而使換熱效果更優(yōu)。

2、對于陰雨天或者日照時長低于平均日照時長的日子，采用換熱器的方式可以使得有限的熱量充分被利用，避免了圖一中儲熱水箱溫度未達(dá)到換熱所需溫度導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法啟動換熱水泵，從而使得系統(tǒng)無法將原本可利用的熱量傳遞給用戶，造成能源的浪費(fèi)。

3、從控制系統(tǒng)的原理的設(shè)計原理上來看，太陽能集熱循環(huán)的溫差循環(huán)也直接帶動換熱循環(huán)，省去了戶內(nèi)換熱的溫差比較和控制元器件的數(shù)量，系統(tǒng)性價比更高，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性也更好。

4、采用換熱器的系統(tǒng)設(shè)計可以有效的隔斷太陽能循環(huán)和戶內(nèi)換熱循環(huán)兩種換熱介質(zhì)，從而使得兩種循環(huán)可以使用不同的換熱介質(zhì)，這樣的設(shè)計對于北方四季氣候變化比較明顯的地區(qū)特別重要。例如在天津，采用換熱器的系統(tǒng)，太陽能循環(huán)一側(cè)采用防凍液循環(huán)，保證冬季防凍效果；而戶內(nèi)換熱一側(cè)采用水循環(huán)，避免了循環(huán)介質(zhì)泄漏造成的環(huán)境污染和對人身健康的威脅。

“集中集熱分戶供熱”太陽能熱水系統(tǒng)的理論計算

太陽能集熱部分設(shè)計計算，見GB50364中直接系統(tǒng)的公式：

具體各個參數(shù)的取值，這里不再繁述，需要注意的是：

1. 日均用水量，通常計算都以戶內(nèi)換熱水箱的總?cè)莘e作為日均用水量來考慮，但是對于儲熱水（或落水水箱）而言，儲熱水箱內(nèi)的水雖然沒有被用掉，但是這些水每日都被提升加熱，而且在系統(tǒng)完成每日的循環(huán)換熱后仍有很大一部分熱量無法釋放出去，設(shè)計計算時必須考慮該部分水量，否則會造成系統(tǒng)實(shí)際效果明顯低于設(shè)計效果。

2. 貯水箱和管路的熱損失率取值，對于“集散式”這種大系統(tǒng)，循環(huán)管路要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的太陽能系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)熱損失率應(yīng)該考慮按照最大值計取，取值過低會造成系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計要求。

分戶換熱部分的計算可以依據(jù)GB50364中間接加熱系統(tǒng)的太陽能集熱器面積的計算公式計算：

間接加熱系統(tǒng)的計算公式對于儲熱水箱的系統(tǒng)可以套用，但是對于換熱器形式的系統(tǒng)的計算就明顯不適合，這是因?yàn)殚g接加熱系統(tǒng)的計算只適合二次換熱系統(tǒng)，而采用換熱器的太陽能熱水“集分式”系統(tǒng)屬于三次換熱系統(tǒng)，即太陽能至換熱器為一次換熱，換熱器至戶內(nèi)水箱為二次換熱，戶內(nèi)換熱水箱至自來水為三次換熱，這三次換熱過程的結(jié)果通過間接系統(tǒng)的一次計算很難保證其結(jié)果更準(zhǔn)確有效。

雖然GB50364所給出的這個公式并不適用于“集分式”系統(tǒng)，其中的參數(shù)也不是完全適合“集分式”系統(tǒng)，但目前沒有更加適合的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和相關(guān)公式，行業(yè)內(nèi)暫時依據(jù)這個公式作為參考。在此也希望更多的太陽能從業(yè)人員能參與“集分式”系統(tǒng)的探討、研究，更早的提出合適的理論計算方法。

“集中集熱分戶供熱”系統(tǒng)的適用范圍

“集分式系統(tǒng)”適用的范圍主要是針對高層、小高層的建筑，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的劃分規(guī)范規(guī)定：1~3層為低層（習(xí)慣上1層住宅建筑叫平房，2~3層的稱為低層住宅）、4~6層為多層、7~9層為中高層（習(xí)慣上4~7層稱為多層住宅；8~11層稱為小高層住宅）、10層及以上為高層（通常12層以上才稱為高層住宅）、總高度為100米以上為超高層。如果建筑層高為3米/層來計算話，超高層建筑的層數(shù)在33層以上。

從目前房地產(chǎn)開發(fā)商所推廣的項(xiàng)目層數(shù)上來看，630層的住宅項(xiàng)目居多，1~5層的項(xiàng)目基本集中在別墅、聯(lián)排洋房等相對高檔的住宅，對于這些項(xiàng)目，一般建議選擇家用太陽能熱水器或分體式太陽能熱水器，而“集分式”太陽能系統(tǒng)重點(diǎn)解決的是630層住宅項(xiàng)目使用太陽能熱水系統(tǒng)的問題。

6層以下的多層普通住宅建筑，選擇家用單體太陽能熱水器（包括陽臺壁掛式太陽能熱水器）更加適合。對于6層以上9層以下的住宅項(xiàng)目，“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)常常因性價比不合適而被開發(fā)商拒絕，在這里推薦一種“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)—— “集散式”太陽能熱水系統(tǒng)是將太陽能換熱水箱串聯(lián)在太陽能循環(huán)系統(tǒng)的回水管路上而組成的單組水泵循環(huán)系統(tǒng)，如下圖：

圖四：“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)原理圖

“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)是一次循環(huán)系統(tǒng)，其與“集分式”系統(tǒng)最大的不同就是其儲熱水箱、循環(huán)水泵等系統(tǒng)組件是設(shè)置在建筑的低層或底層，“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)由一組水泵完成集熱循環(huán)和換熱循環(huán)的前提條件就是兩個循環(huán)循環(huán)系統(tǒng)的流量和揚(yáng)程要基本一致。

首先計算兩個循環(huán)的流量：假定“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)的集熱面積為每戶1.75平米，可以計算出太陽能集熱器所需要的循環(huán)流量；而戶內(nèi)換熱水箱的換熱循環(huán)流量通過實(shí)驗(yàn)得出最佳的換熱流量為100L/h，按此數(shù)據(jù)計算出戶內(nèi)換熱水箱所需要的循環(huán)流量，見下表：

層高戶數(shù)集熱器面積集熱器循環(huán)流量戶內(nèi)換熱水箱循環(huán)流量624423.023.00728493.533.50832564.034.00936634.544.501040705.045.001144775.545.501248846.056.001352916.556.501456987.067.0015601057.567.5016641128.068.0017681198.578.50

表二：“集散式“太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量計算表

說明：

1、太陽能集熱循環(huán)流量依據(jù)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊（第二版）》，（鄭瑞澄主編，化學(xué)工業(yè)出版社2005出版），真空管型太陽能集熱器可以按照0.015~0.02L/(s·m2)進(jìn)行估算，平板型太陽能集熱器可以按照0.02L/( s·m2)進(jìn)行估算。

2、戶內(nèi)換熱水箱循環(huán)流量數(shù)據(jù)來自北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司針對本公司產(chǎn)品所做的測試數(shù)據(jù)得出。

3、循環(huán)水泵的流量以威樂水泵熱水循環(huán)泵PH系列額定流量為準(zhǔn)。

從以上計算可以看出，“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)如果選擇合適的水泵確實(shí)可以滿足集熱循環(huán)和換熱循環(huán)的要求。

系統(tǒng)的循環(huán)揚(yáng)程計算：水泵的揚(yáng)程是和水泵的功率成正比關(guān)系，隨著樓層的逐漸升高，滿足同樣的需求的耗能也逐漸上升，通過計算不同層高的“集散式”系統(tǒng)水泵軸功率計算來比較一下戶均耗能功率：

序號層高戶數(shù)循環(huán)水泵軸功率(W)軸功率(W)戶均耗能功率(W)162421025211272828634312383237444814493647356816510405847011861144707848197124884110092181352987118423914561144137325101560131415762611166414951794281217681687202530

表三：“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)戶耗能功率計算表

說明：

1. 以常見的一梯四戶建筑格局為例，戶內(nèi)換熱水箱假設(shè)為60L/戶，換熱水箱所需要的循環(huán)流量統(tǒng)一為100L/h。

2.循環(huán)水泵的軸功率計算公式為：

式中： N，軸功率，單位是瓦（W）；

Q，流量，單位是立方米每小時（m3/h）；

H，揚(yáng)程，單位是米(m)；

G，是水泵的效率，固定值（0.6~0.85），，一般流量大的取大值，流量小的取小值；本表取0.7；

1. 水泵功率=軸功率安全系數(shù)（通常取1.1~1.2）；

從以上計算結(jié)果可以看出，隨著建筑高度由6層升至17層，戶均耗能由11W升至了30W，假定每日“集散式”太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)6小時可以將60L初始溫度為15℃的冷水加熱到60℃，則得到的熱量為11.34kJ，戶均耗能則由2%升至5.67%，多耗能近乎3倍：

圖五：617層“集散式”太陽能系統(tǒng)獲得相同熱量所耗能所占比例

這里還有一個問題，通過理論計算的水泵選型并不一定能夠選擇到合適的水泵，以威樂PH熱水循環(huán)水泵為例，滿足6層一梯四戶的“集散式”系統(tǒng)，可以選擇PH751EH（原型號為PH403EH）：額定流量130L/min，額定揚(yáng)程16米，輸入功率1KW，這時的戶均能耗為41.67W，而同樣的11層建筑，則應(yīng)該選擇PH2201QH（原型號PH2200Q），額定流量308L/min，額定揚(yáng)程30米，輸入功率2.8kW，這時的戶均能耗就達(dá)到了63.64W，對比理論計算值都有很大程度的升高。

圖六：611層“集散式”太陽能系統(tǒng)所所選水泵的能耗對比

從以上計算可以看出，“集散式”系統(tǒng)在9層以上的住宅建筑單位能耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于9層以下的單位能耗，所以超過9層住宅不宜采用“集散式”太陽能系統(tǒng)。

“集中集熱分戶供熱”系統(tǒng)尚存的幾個問題

“集中集熱分戶供熱”太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用至今，也隨之產(chǎn)生了很多相關(guān)的問題，針對這些問題，北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司在長期的實(shí)踐過程中，積累了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)，供讀者參考：

（1） “反向換熱”現(xiàn)象是否真的存在？

“反向換熱”問題自“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)出現(xiàn)之時就有很多人提出，由于在換熱水箱中設(shè)置了電加熱裝置，因此用戶比較關(guān)心“反向換熱”問題，即某戶的換熱水箱使用電熱加熱到一個較高的溫度狀態(tài)時，是否會產(chǎn)生熱量被循環(huán)系統(tǒng)帶走一部分熱量的可能，“反向換熱”是肯定存在的，但這個問題要從三個方面考慮：

1、用戶啟動電加熱和使用熱水的習(xí)慣問題，通常情況下用戶使用熱水的時間都是在PM7：00~10：00左右，這時太陽已經(jīng)下山，太陽能換熱循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，這時不存在“反向換熱”問題。

2、如果用戶在白天太陽能系統(tǒng)運(yùn)行時，啟動電加熱，這時是兩套加熱設(shè)備在為同一個終端設(shè)備加熱，由于部內(nèi)換熱水箱設(shè)定的最終水溫為60℃，而太陽能循環(huán)換熱為達(dá)到這個溫度必定會高于60℃，因此此時“反向換熱”問題理論上不成立。

3、最后一種情況很少見，就是在俗稱的“曇天”情況下，既有太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行，又有電加熱的使用，同時太陽能的循環(huán)換熱溫度低于電加熱的溫度，在這種情況下，“反向換熱”是存在的，但是熱傳導(dǎo)行業(yè)的專家給出了權(quán)威解釋：在循環(huán)換熱過程中，高溫的、運(yùn)動的介質(zhì)向低溫、靜止的介質(zhì)傳熱的能力很強(qiáng)；而高溫的、靜止的介質(zhì)向低溫的、運(yùn)動的介質(zhì)傳熱的過程不僅傳熱能力較差，而且很快就會達(dá)到動態(tài)平衡，因?yàn)檫@時換熱的接觸面附近的溫度一旦達(dá)到平衡或等溫，換熱過程馬上就停止了，這種現(xiàn)象就像冬天河面會結(jié)冰而河水還可以保持一定溫度的道理是一樣的。

目前，有一些廠家在設(shè)計“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)時，加入了電磁兩通閥或三通閥的設(shè)計，從而保證“反向換熱”出現(xiàn)時阻斷太陽能循環(huán)，如下圖：

圖七：“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)電磁閥阻斷“反向換熱“示意圖

采用增加電磁兩通閥或三通閥的做法雖然可以有效的防止“反向換熱”現(xiàn)象的出現(xiàn)，但同時也要注意幾個問題：

1、在每戶戶內(nèi)換熱水箱上增加電磁閥，要保證電磁閥的質(zhì)量優(yōu)良，目前市場上的電磁閥均存在壽命短的問題，每日的頻繁開啟、關(guān)閉，極易導(dǎo)致電磁閥損壞。

2、循環(huán)系統(tǒng)不能全部采用電磁兩通閥，設(shè)計時應(yīng)考慮電磁兩通閥全部關(guān)閉而循環(huán)水泵開啟時造成的系統(tǒng)循環(huán)不暢，損害設(shè)備、管道的問題。

3、采用電磁兩通閥需要每戶增加初投資，使得“集分式”系統(tǒng)的性價比升高，導(dǎo)致系統(tǒng)整體缺乏市場競爭力。

（2） “集分式”太陽能熱水系統(tǒng)是否能真正的實(shí)現(xiàn) “公平”？

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)倡導(dǎo)“公平、利益共享”原則，雖然設(shè)計時采取了很多措施、手段來盡量消除因樓層的不同引起的差異，但是，絕對的“公平”還是難以實(shí)現(xiàn)。

（3） “集分式”太陽能熱水系統(tǒng)是否適用于30層以上的住宅？

高層和超高層住宅項(xiàng)目采用太陽能熱水系統(tǒng)一直是困擾太陽能行業(yè)的難題，在“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)出現(xiàn)以前，絕大多數(shù)的太陽能熱水系統(tǒng)是以“集中集熱、集中供水”的方式來解決的，雖然“集分式”在6~20層住宅項(xiàng)目上有良好的表現(xiàn)，但是“集分式”系統(tǒng)目前還是不適合30層左右或更高的住宅項(xiàng)目運(yùn)用，其癥結(jié)在于：

1) 超過30層的住宅項(xiàng)目屋頂太陽能集熱器的安裝面積無法滿足整棟建筑的全部生活熱水集熱面積，以層高30層，戶均80平米，一梯四戶的常見住宅戶型為例，則平屋頂?shù)目偯娣e約為320平米；對于南北坡的斜屋頂，可利用安裝太陽能集熱器的南坡面積大約只有160平米?？傋?20戶，大致計算120戶，每戶的集熱器面積應(yīng)該保證在1~1.5平米，總集熱器面積為180平米，平屋頂大約1.7平米安裝1平米的集熱器，則平屋頂需要306平米，如果平屋頂有電梯機(jī)房以及預(yù)留通道等占用空間后，安裝太陽能集熱器的空間就明顯不足了。

2) 高層安裝“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)，管路的靜壓問題一定要考慮，對于30層高的住宅，層高超過100米，靜壓力超過1.0MPa，供熱循環(huán)水泵需要克服靜壓力所產(chǎn)生的阻力，如果系統(tǒng)循環(huán)不均衡或水泵揚(yáng)程不足以克服靜壓力產(chǎn)生的阻力就會造成建筑低區(qū)水壓過高，甚至?xí)绊懻麄€系統(tǒng)的運(yùn)行，同時，在住宅項(xiàng)目中引入高壓管網(wǎng)，其本身就不符合規(guī)范要求。

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》 GB50015 的有關(guān)規(guī)定：

1.3.3 建筑物內(nèi)的給水系統(tǒng)宜按下列要求確定：

1、應(yīng)利用室外給水管網(wǎng)的水壓直接供水。當(dāng)室外給水管網(wǎng)的水壓和（或）水量不足時，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)生安全、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的原則選用貯水調(diào)節(jié)和加壓供水方案；

2、給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)應(yīng)根據(jù)建筑物用途、層數(shù)、使用要求、材料設(shè)備性能、維護(hù)管理、節(jié)約供水、能耗等因素綜合確定；

3、不同使用性質(zhì)或計費(fèi)的給水系統(tǒng)，應(yīng)在引入管后分成各自獨(dú)立的給水管網(wǎng)。（注意子系統(tǒng)界定與分解）

3.3.5 高層建筑生活給水系統(tǒng)應(yīng)豎向分區(qū)，豎向分區(qū)壓力應(yīng)符合下列要求：

1、各分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點(diǎn)處的靜水壓不宜大于 0.45MPa；

2、靜水壓大于 0.35MPa 的入戶管(或配水橫管)，宜設(shè)減壓或調(diào)壓設(shè)施；

3、各分區(qū)最不利配水點(diǎn)的水壓，應(yīng)滿足用水水壓要求。

3.3.5A 居住建筑入戶管給水壓力不應(yīng)大于0.35MPa。（靜水壓、動水壓）。

第2.3.4條　高層建筑生活給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)，應(yīng)根據(jù)使用要求、材料設(shè)備性能、維修管理、建筑物層數(shù)等條件，結(jié)合利用室外給水管網(wǎng)的水壓合理確定。分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點(diǎn)處的靜水壓，住宅、旅館、醫(yī)院宜為300～350kPa；辦公樓宜為350～450kPa。

從以上規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來看，高層“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范允許的入戶水壓，雖然“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的管路屬于封閉循環(huán)管路，而衛(wèi)生器具配水點(diǎn)的靜壓力是屬于開放式生活供水管路，兩者存在本質(zhì)的區(qū)別，但是，在沒有明確的規(guī)范約束時，還是應(yīng)該盡量考慮周全，避免不成熟的設(shè)計方案投入施工當(dāng)中。

當(dāng)然，不能僅僅強(qiáng)調(diào)太陽能熱水系統(tǒng)的壓力不是衛(wèi)生器具配水點(diǎn)的壓力就認(rèn)為這個問題已經(jīng)解決了，太陽能熱水系統(tǒng)的循環(huán)管路也進(jìn)入了室內(nèi)，雖然并沒有輸出水壓的問題，但是系統(tǒng)1.0MPa的壓力仍然是一個比較危險的壓力源，一旦發(fā)生管道泄漏或配件損壞，極易造成人身、財產(chǎn)傷害和危險事故的發(fā)生。

目前能夠采用的解決辦法就是循環(huán)管道采用豎向分區(qū)，控制各個分區(qū)最高靜水壓不大于0.45MPa，實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)有兩種方式：

a) 戶內(nèi)支管減壓方式：

減壓閥是通過調(diào)節(jié)，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學(xué)的角度看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達(dá)到減壓的目的。

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)，設(shè)置支管減壓來使得入戶水壓降低至安全值以下是目前較易實(shí)現(xiàn)的方式，但是采取這種方式有兩個問題必須注意：

支管減壓閥安裝示意如下圖。

圖八：“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)支管減壓閥安裝示意圖

① 支管減壓的方式一般需要減壓閥直立安裝在水平管道上，并且必須嚴(yán)格保證水流流動方向和閥體上的箭頭方向一致，而在“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)中，水流方向會隨著循環(huán)水泵的啟停改變，循環(huán)水泵啟動時，水流向儲熱水箱流動；循環(huán)水泵停止時，水流會瞬時間反向流動，這時靜壓力依舊會恢復(fù)最大值，并且一直保持到水泵的再次啟動，因此，在支管設(shè)置減壓閥并不能消減管道的靜壓力，只能在系統(tǒng)循環(huán)時降低儲熱水箱所承受的水壓沖擊。

② 在熱水管道上使用減壓閥，一定要考慮減壓閥的使用壽命，無論是比例式減壓閥還是可調(diào)式減壓閥，其密封部件及可調(diào)式減壓閥腔中的隔膜均為橡膠制品，即使是最好的可耐溫260℃的氟橡膠在高溫?zé)崴h(huán)境中工作，持續(xù)一段時間后就會降低密封盒減壓性能，從而造成減壓閥失去減壓作用，形成危險，而這一點(diǎn)卻經(jīng)常為人們所忽視。

b) 除了支管減壓方式，將循環(huán)管路水分為區(qū)，也是消減靜壓力的方法之一。高、低分區(qū)使得各分區(qū)分別循環(huán)，高、低區(qū)各以自身的最高點(diǎn)產(chǎn)生靜壓，從而使各分區(qū)的壓力控制在允許的范圍內(nèi)。通常低區(qū)以1~14層為一個循環(huán)系統(tǒng)，供水循環(huán)泵可以設(shè)置在1層或者地下設(shè)備間；高區(qū)循環(huán)以15~30層為一個系統(tǒng)，循環(huán)水泵可以設(shè)置在屋頂；而超過30層的建筑則劃分為高、中、低三區(qū)。

采用分區(qū)分別循環(huán)的方式可以有效的消減入戶水壓的靜壓力，同時通過在公共管井中的豎向立管上安裝減壓閥組來降低低區(qū)系統(tǒng)的整體靜壓力，這樣的設(shè)計依舊需要保證減壓閥的質(zhì)量和壽命來提高系統(tǒng)可靠性，一旦減壓閥失效，系統(tǒng)依然存在管道壓力超高的風(fēng)險；同時，低區(qū)供水循環(huán)泵需要選用揚(yáng)程較高的水泵，不僅對于水泵的出水、增壓能力有要求，對水泵的質(zhì)量也要有一定的要求。

劃分高、低區(qū)，將高、低區(qū)的設(shè)備必須全部分開，高區(qū)循環(huán)沿用原設(shè)計的上供上回方式；低區(qū)循環(huán)改為下供下回方式，需要在首層或地下層增設(shè)一個設(shè)備間或設(shè)備機(jī)房。

在公共管井內(nèi)進(jìn)行壓力分區(qū)，而保證入戶的供回水最高壓力低于0.45MPa，滿足規(guī)范對于水壓的要求，但是，高低區(qū)分區(qū)的設(shè)計會產(chǎn)生高區(qū)熱、低區(qū)冷的現(xiàn)象,這是由于低區(qū)供水的管道長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高區(qū)的管道長度而造成低區(qū)的熱損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高區(qū)，，從滿足使用要求的角度考慮，需要適當(dāng)增加低區(qū)使用的集熱器面積，并且嚴(yán)把施工質(zhì)量，確保保溫措施的有效。

采用分區(qū)的方式帶來了增加戶內(nèi)管道井占用面積的問題，低區(qū)循環(huán)管道需要通過管道井將熱水輸送至低區(qū)設(shè)備間，這樣的系統(tǒng)相比典型的“集分式”系統(tǒng)增加了豎向立管的數(shù)量，造成系統(tǒng)初投資的增加。

高區(qū)、低區(qū)的劃分，是解決系統(tǒng)靜壓力的最有效方式，也是目前設(shè)計單位所能給出的最好方案。

在“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計時應(yīng)盡量不要把系統(tǒng)的安全性捆綁在產(chǎn)品的質(zhì)量上，多考慮意外的發(fā)生，通過技術(shù)手段來提高系統(tǒng)的安全性，“越簡單的設(shè)計就越合理”，對于節(jié)能、環(huán)保的產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計更應(yīng)該重視安全性。

（4） “集分式”太陽能熱水系統(tǒng)中各部分管道的設(shè)計？

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的工程案例中對于豎向立管的管徑設(shè)計一直都有爭議，北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司最初設(shè)計的系統(tǒng)均為等徑立管，隨著項(xiàng)目設(shè)計參與人員的增加，立管變徑的方案逐漸多了起來。

（5） “集分式”太陽能熱水系統(tǒng)采用何種戶內(nèi)換熱水箱更好？

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)中戶內(nèi)儲熱水箱，是一種新型的雙能源水箱，雖然形式與容積式燃?xì)獗趻鞝t的水箱原理相近，但是加熱方式和設(shè)計參數(shù)都需要重新設(shè)計計算。

北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司最早開始研究并生產(chǎn)測試這種換熱水箱，通過研發(fā)、生產(chǎn)、安裝使用了大約10萬只水箱后，總結(jié)出一些具有實(shí)際指導(dǎo)和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)對戶內(nèi)儲熱水箱的換熱性能、儲熱性能以及外形尺寸的要求較高，因此，如何選擇最適宜的水箱受到設(shè)計人員高度重視。

從目前的生產(chǎn)加工工藝角度來看，儲熱水箱能實(shí)現(xiàn)的換熱形式可以分為三大類：膽中膽儲熱水箱、夾套儲熱水箱、盤管儲熱水箱。

膽中膽儲熱水箱：

在水箱內(nèi)部設(shè)置一個換熱小內(nèi)膽的為膽中膽搪瓷儲熱水箱，小內(nèi)膽又分為兩類：不銹鋼換熱內(nèi)膽和搪瓷換熱內(nèi)膽。膽中膽儲熱水箱中的小膽可以承受更高的內(nèi)壓和負(fù)壓，特別適應(yīng)于靜壓力較高的項(xiàng)目，北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司在“集分式”系統(tǒng)實(shí)施之初也是大量的采用膽中膽儲熱水箱，換熱效果可以滿足需要，但是膽中膽儲熱水箱換熱面積受限，設(shè)計時應(yīng)該考慮加大循環(huán)流量，用較大的循環(huán)流量彌補(bǔ)換熱面積不足。

采用膽中膽搪瓷儲熱水箱還應(yīng)考慮小內(nèi)膽內(nèi)部無法搪瓷的問題，小內(nèi)膽內(nèi)部沒有搪瓷，會造成小內(nèi)膽從內(nèi)部蝕穿，造成儲熱水箱內(nèi)外串水。

膽中膽搪瓷儲熱水箱因?yàn)楹唵我讓?shí)現(xiàn)，成本低，耐壓能力強(qiáng)，可以手動排出小內(nèi)膽積存空氣等優(yōu)點(diǎn)，因此一直被“集分式”太陽能系統(tǒng)選用，甚至被用于太陽能陽臺壁掛自然循環(huán)系統(tǒng)。

圖九：膽中膽儲熱水箱構(gòu)造示意圖

夾套儲熱水箱

夾套儲熱水箱最早是陽臺壁掛太陽能集熱器的專用水箱，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在與搪瓷內(nèi)膽的筒體外加了一層外膽，夾層與貯水膽之間就是傳熱工質(zhì)通道。由于夾套儲熱水箱換熱膽直徑為整個水箱的最大尺寸。因此換熱面積相較膽中膽大很多，因此在系統(tǒng)自然循環(huán)的情況下都可以得到較高的換熱效率。但是夾套儲熱水箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了其承壓能力的很弱，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行壓力達(dá)到一定值時，夾套層之間的壓力會漲爆水箱外膽，增加夾套層的材質(zhì)厚度可以增加夾套層的耐壓能力，但同時也造成了加工工藝的難度和成本的增加，所以夾套儲熱水箱不太適合高層“集分式”系統(tǒng)的采用，靜壓力在可控范圍內(nèi)的還是可以使用的。

夾套儲熱水箱在“集分式”太陽能系統(tǒng)中使用的很少，除了耐壓問題外，還存在夾層“窩氣”的情況，在陽臺壁掛式太陽能熱水器使用時，循環(huán)系統(tǒng)一直處于閉式狀態(tài)，“窩氣”現(xiàn)象并不明顯，而在“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)中，循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)常會帶入空氣，久而久之，造成了儲熱水箱夾套層循環(huán)被空氣阻隔，難以實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

圖十：夾套儲熱水箱構(gòu)造示意圖

盤管儲熱水箱

盤管儲熱水箱是以盤管作為換熱器的。水箱內(nèi)置的盤管可以實(shí)現(xiàn)大換熱面積，承壓能力不亞于膽中膽儲熱水箱，而且換熱工質(zhì)在盤管內(nèi)流動長度長，換熱效果好，更適合“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)在高層建筑的使用。

圖十一：盤管儲熱水箱構(gòu)造示意圖

盤管儲熱水箱所使用的盤管材料主要有銅盤管、碳鋼搪瓷盤管和不銹鋼盤管三種。不銹鋼盤管加工工藝難，無法搪瓷處理，采用的較少；銅盤管的優(yōu)點(diǎn)在于銅盤管的導(dǎo)熱系數(shù)高，換熱效果好，而搪瓷的基材是低碳鋼加搪瓷層換熱效果要比銅材的差。

雖然盤管儲熱水箱從技術(shù)成熟度和技術(shù)指標(biāo)上都能滿足“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的使用要求，但是常用的橫置盤管式儲熱水箱對于臥式安裝的水箱還是存在一些問題的。

立式盤管水箱的換熱介質(zhì)的水流是自下而上流動，可以將換熱介質(zhì)中攜帶的少量空氣帶出循環(huán)盤管，而臥式安裝時的橫置盤管無法有效帶出全部的空氣，一旦水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，多余的空氣會積聚，直至在盤管內(nèi)形成氣堵，導(dǎo)致?lián)Q熱循環(huán)無法進(jìn)行，這也是北京市太陽能研究所集團(tuán)公司最早棄用盤管儲熱水箱而選擇膽中膽儲熱水箱的主要原因。

圖十二：橫置盤管儲熱水箱氣堵示意圖

目前行業(yè)內(nèi)有些廠家就盤管水箱的盤管的內(nèi)置形式進(jìn)行了優(yōu)化，豎置儲熱水箱內(nèi)的盤管，有效的杜絕氣堵的產(chǎn)生。

圖十三：豎置盤管儲熱水箱杜絕氣堵示意圖

豎置盤管解決了氣堵的問題，但是同時帶來了盤管的有效換熱面積減少了，這是因?yàn)樵趦崴鋬?nèi)的水會因?yàn)闇囟鹊牟煌a(chǎn)生分層，高溫水在上層，低溫水在下層，豎置的盤管僅在下部的盤管能夠達(dá)到良好的換熱效果，而上層的盤管會因溫度相差不大而降低換熱效率。

比較目前采用的三種儲熱水箱，各有優(yōu)勢和不足，現(xiàn)階段也不能一概而論，還需要設(shè)計師和生產(chǎn)廠家進(jìn)行更多的優(yōu)化和比較：

水箱種類水箱的特性說明 夾套儲熱水箱1. 不耐壓，13層以上的高層超過40m ，水管壓強(qiáng)超過0.4MPa，不適用。2. 換熱面積0.5~0.7m2，搪瓷內(nèi)膽傳熱系數(shù)λ≤34W/(m·K)，換熱效率偏低。3. 易腐蝕穿孔 ，使用壽命短（理論壽命68年）。膽中膽儲熱水箱1．優(yōu)點(diǎn)是耐壓能力強(qiáng) ，制造工藝簡單。2．換熱面積小，搪瓷傳熱系數(shù)λ≤30W/(m·K)，換熱效率差。高層住宅使用需增大循環(huán)流量。3．手動排氣，需要及時維護(hù)。盤管儲熱水箱1. 耐壓能力較夾套水箱強(qiáng)。搪瓷盤管燒結(jié)時不完全熟化，會出現(xiàn)抗腐蝕能力下降問題。2.換熱面積較夾套水箱小，搪瓷盤管傳熱系數(shù)λ≤30W/(m·K)，換熱效率差。 3.搪瓷盤管臥式水箱易產(chǎn)生氣堵，不適用于高層住宅分戶換熱水箱。

表四：三種儲熱水箱特性說明

（6） “集分式”太陽能熱水系統(tǒng)同程循環(huán)的重要性？

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)體現(xiàn)了太陽能熱利用的最大利益化和公平性，而循環(huán)管路的同程循環(huán)是實(shí)現(xiàn)公平性的重要手段，同程管路設(shè)計不合理會造成用戶的使用差異，進(jìn)而降低大眾對太陽能使用的接受意識。

北京市太陽能研究所集團(tuán)公司一直堅持以三管方式實(shí)現(xiàn)同程循環(huán)，這種方式從設(shè)計角度考慮最為合理，但是這種方式使用管材較多，成本增加，同時在實(shí)際施工時會遇到各種原因而增加施工難度，影響使用效果。

圖十四：三管同程式“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)示意圖

采用三管同程在豎向立管部分很容易做到同程，但是在房型不對稱的戶型建筑，屋頂要增加很多水平管道來實(shí)現(xiàn)管路的全部同程，這樣大大增加了施工的難度。

實(shí)現(xiàn)同程循環(huán)不僅有三管方式，還可以有其他的簡便方式，比如雙管U型，如下圖；

圖十五：雙管U型同程式“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)示意圖

采用雙管U型方式，節(jié)省了豎向立管的數(shù)量，也實(shí)現(xiàn)了各層各戶的循環(huán)管道同程，只是循環(huán)水泵的揚(yáng)程、功率要比三管方式有所提高，具體提高多少需要設(shè)計人員復(fù)核計算。

“集中集熱分戶供熱”太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展方向預(yù)測

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)從根本上解決了20層以下的住宅建筑使用太陽能的難題，20層以上還有很多技術(shù)難題亟待解決，在設(shè)計方案尚存疑點(diǎn)的情況下，建議不要盲目實(shí)施，畢竟作為一個項(xiàng)目，一旦失敗影響不是一戶兩戶，而是幾十、幾百戶的使用。

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)從出現(xiàn)至今，短短幾年，發(fā)展速度很快，僅北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司截止2014年就已經(jīng)完成并投入使用了30萬戶“集分式”系統(tǒng)，并且以每年8%的增速增長，說明市場對于“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的認(rèn)可程度逐步在提升，同時，“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)相關(guān)配套的產(chǎn)業(yè)集群也在迅速形成，江蘇靖江的“邁能高科”、北京“丹普”、深圳“嘉普通”等專業(yè)水箱生產(chǎn)企業(yè)都在以“集分式”戶內(nèi)儲熱水箱的研發(fā)、生產(chǎn)作為業(yè)務(wù)增長方向。

一個項(xiàng)目的成功或一個方案的成功，其中有很多部門、很多專業(yè)相互配合，協(xié)調(diào)發(fā)展才能共同提供保障，北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司在最早“集分式”系統(tǒng)的儲熱水箱開發(fā)過程中，就試制、生產(chǎn)測試了15種儲熱水箱，不僅從技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品性能上進(jìn)行研制、開發(fā)，對各種水箱在各種極端使用環(huán)境中的數(shù)據(jù)也進(jìn)行了測試，最終選擇最適合的水箱投入生產(chǎn)，期間也得到了眾多配套廠家的大力支持，才取得了“天津頂秀欣園”、“上海臨港新城”、“北京水立方”等幾個單項(xiàng)過千萬的項(xiàng)目成功。

“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)作為目前太陽能行業(yè)的優(yōu)秀方案，盡快形成行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范市場的重要手段，同時，也需要行業(yè)內(nèi)部本著造福大眾、服務(wù)社會的精神，共同呵護(hù)、壯大“集分式”太陽能熱水系統(tǒng)的生命力。

來源：中國太陽能工程官微 作者：北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司趙文智、顏凱，北京北方匯德太陽能技術(shù)有限公司盛國剛

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