太陽能熱水系統在建筑給排水設計中的應用和思考

吳莉萱

中國建筑科學研究院有限公司廈門分公司 福建 廈門 361000

在人類生存和發展的過程中，太陽能一直作為重要的能源影響著人們的生活，由于其具有較高的清潔特點、可持續特點，能夠對當前消耗嚴重的能源現象起到改善作用。并且，隨著科學技術水平的提高，慢慢實現了對太陽能的開發和利用目的，并且在實際進行太陽能運用期間，只需要進行相關設備投入，對能源利用無需資金成本，具有更加良好的經濟效益，有助于實現資源的節約和環境的保護，具有非常廣泛的應用條件。同時，在建筑給排水系統中，也能夠體現出更高的環保價值和經濟價值。

1 建筑給排水設計中應用太陽能熱水系統的優缺點

1.1 應用優點

1.1.1 保護環境

目前，火電站生產電能是我國電能產生的主要方式，生產電能的過程也是不可再生資源消耗的過程。同時，該過程也會對環境造成一定的污染，盡管電能自身是清潔無污染的，但是生產電能的過程同樣也會對環境造成污染。另外，在使用燃氣的過程中，會導致大量的溫室氣體產生，同樣也會對生態環境造成一定程度的影響。從這個角度分析，太陽能具有相對較清潔的特點，在使用過程中，不會對外界環境造成任何影響。不僅可以直接用于加熱，同時，還具有較高的轉化率，對環境起到了良好的保護效果。

1.1.2 降低成本

太陽能熱水系統主要是指在建筑給排水系統中用太陽能代替原有的能源體系，進一步保障建筑熱水系統的制備，能夠最大程度降低對不可再生能源的消耗，與傳統的電熱和燃氣給排水能源系統相比，在使用太陽能熱水系統中，能夠全面降低對傳統能源的依賴，有助于構建節能的建筑發展方向。有關調查顯示，為了全面保障熱水的供應，在日常用水方面，需要燃氣以及電能持續不斷進行加熱。這也就意味著，加熱的過程會消耗大量的不可再生資源，但實際上，使用熱水的時間具有一定的隨機性，由此導致了非常嚴重的能源浪費現象。而太陽能熱水系統，只要保證有充足光照，就能夠實現持續對水進行加熱的目的，進一步保持了水的溫度，同時也有效降低了外部能源的成本消耗費用。

1.1.3 運行獨立

在熱水制備方面，應用太陽能熱水系統具有獨立運行的特點，主要是由于其于建筑燃氣系統電力體系之間是呈分隔狀態的，所以不會受到能源供應的制約而導致運行不暢。在一定程度上可以說，即便發生系統故障問題，或者由于其他因素導致供電、燃氣供應停止，建筑的熱水制備也會受到太陽能熱水系統的保護，具有明顯的運行自主性，能夠最大程度避免產生制約能源系統的作用。

1.2 應用缺點

1.2.1 前期投入較高

雖然在運行過程中，太陽能熱水系統幾乎不會產生任何費用，但是在購買太陽能熱水系統的設備以及實際進行系統施工期間，需要較高的成本投入。這主要是由于設備本身具有較大的科技含量，所以會有相對較高的價格，在實際使用太陽能熱水系統過程中，往往會受到建筑工程建設資金的制約，在一定程度上導致前期投入不足的問題，進而無法在給排水系統中進行太陽能熱水系統的優化設計，限制了太陽能熱水系統的普及。所以，積極進行技術研發以及設備成本降低，是當前需要重點關注的任務。

1.2.2 系統設計難度大

在建筑給排水系統中，應用太陽能熱水系統具有較高的設計難度，這主要是由于受到環境的影響，在氣候寒冷以及外部光照不足的情況下，太陽能熱水器統無法實現預期的熱水制備使用需求。所以，在安裝太陽能熱水系統過程中，都需要配備有相關的輔助加熱系統，最大程度保證建筑給排水系統的運行穩定狀態，實現熱水制備的具體需求。

1.2.3 受自然環境限制

雖然太陽能熱水系統具有明顯的優勢，但是也存在一定使用缺點和限制。首先，太陽能作為太陽能熱水系統的主要依靠能源，會受到較強的外部天氣環境以及氣候的限制，在相對光照不足、光照時間較短的地區，其運行狀態效果不佳，甚至可能無法滿足正常生活用水的需求。在應用太陽能熱水系統過程中，必須對地區自然環境因素進行全面考慮。

2 太陽能熱水系統的設計

2.1 定溫循環系統設計

在針對太陽能熱水系統中定溫循環系統展開設計階段，必須要重點關注進水部分，利用加強水管與水管之間的連接緊密度保障定溫循環系統的穩定運行，尤其要重點進行差額補水設計，以此來保證能夠實現均勻混合冷熱水箱內所存儲水的目的。在設計定位循環系統期間需要采用循環加熱的方式，在外力作用下水源能夠保持持續流動的循環狀態，有助于形成良好的保溫效果。同時，也能夠保證更加均勻地進行冷水以及熱水的混合分布，進一步滿足用戶的熱水供應需求，在進行定位循環系統設計期間，必須要重點關注在外力條件下水源的流動能力，也要對水箱與水管之間連接線做強化處理。

2.2 結構設計

在建筑給排水系統中，應用太陽能熱水系統，要嚴格按照具體的安裝順序以及使用功能的重要程度對結構進行設計，避免產生結構缺陷問題。首先，針對進水部分展開相應設計，按照前期計算得到的參數結果，進行單向閥門方案的選擇，并且在選擇方案過程中，要保證方案與太陽能熱水系統布置、建筑物主體高度等實際情況之間建立關聯性，進一步保證管線與單向閥門之間呈現更加緊密地連接，避免單向閥設置位置的不合理，從根本上降低后期可能會進行維修的難度；其次，在進行加熱部分設計時，對水箱性能以及太陽能板具有明確的選擇標準。其中，要保證太陽能板功率滿足熱水容量需求，同時也要合理布置太陽能真空管并且要根據加熱板的使用損耗情況及時進行年限的更新；最后，要進行供水端設計，保障管道的獨立密封性。但需要注意，在水教溫度持續升高的狀態下，可能會由于內部水壓較大而增大重力勢能的現象[1-3]。

3 在建筑給排水系統中太陽能熱水系統的具體應用

3.1 在建筑給排水循環系統中的應用

在太陽能熱水系統中應用排水循環系統體現為以下運行流程，首先，利用集熱管進行太陽能收集。收集的太陽能會經過傳導管轉移的集熱管中，在太陽能熱水系統中利用集熱管進行水箱水體加熱，在溫度升高的基礎上，會促使下循環管中產生大量的熱量，在水溫下降的情況下，利用下循環管的熱量完成水箱水體加熱，進而保證水溫的理想狀態。

3.2 在建筑給排水能源系統中的應用

應用太陽能熱水系統，有助于實現對系統展開整體控制的目的，保證系統內部能源調配的合理性。這是因為受到季節變化的影響，即便在光照條件比較好的地區，太陽能熱水系統也會表現出較大的使用差異。但對排水能源系統實行整體化控制，既滿足了合理分配資源的目的，同時也保證了排水系統的穩定運行狀態。在夏季溫度相對較高，太陽能熱水系統可以實現直接加熱的需要，進而實現熱水制備。在冬季氣候相對寒冷，無法將水加熱到理想的使用溫度，可以將太陽能熱水系統作為與處理系統，實現初步加熱的作用，然后利用輔助系統的電熱管進行加熱，同樣也可以滿足穩定輸出熱水的目的，應用此種能源系統，有效降低了外部能源消耗。

3.3 分戶設計在排水系統中的應用

安裝太陽能熱水系統具有較高的空間要求和位置要求，只有保證能夠接收到良好的太陽照射，才能夠提高熱水系統的熱水制備能力，在一定程度上限制了傳統太陽能熱水系統的發展，也影響到太陽能熱水系統應用和推廣。應用分戶設計不僅可以最大程度解決太陽能熱水系統受到的空間問題限制，實現了縮小安裝空間的需求，并且提高了熱水系統的使用效果，具有明顯地推廣太陽能熱水系統的價值。

4 在建筑給排水系統中應用太陽能熱水供應系統的要點

4.1 增強設計協調性

首先，要保證太陽能系統與地區特點具有明顯的協調性，這是因為太陽能系統的應用對于太陽光照具有較強的依賴性，在光照充足的地區，具有更加良好的應用效果，因此也表現出較高的協調性；其次，要保證太陽能熱水系統與建筑之間的協調發展，這是因為給排水系統具備一定的兼容特點，能夠結合太陽能熱水系統提高排水系統的使用性能；最后，要保障與建筑工程實際情況具有高度一致性，進一步滿足項目建設的需求，并且獲得更加充足的資金支持和技術能力支持。

4.2 合理利用太陽能

應用太陽能熱水系統，必須要綜合利用太陽能，這主要是由于作為一種持續性清潔能源，太陽能具有利用難度相對較大的特點。但同時將太陽能轉化為熱能也是最直接的利用方式，為了最大程度保證太陽能熱水系統的穩定和秩序，必須進行科學合理的設計。另外，由于太陽能熱水系統內部結構相對復雜，能夠有效保證熱量的收集和傳輸工作，但想要從根本上提高加熱效率，必須要保證集熱管處在光照暴露的狀態下，所以在進行設計環節中，要求設計人員要對建筑的朝向以及建筑形式進行具體分析，并合理選擇安裝太陽能熱水系統的位置，以此來保證全面發揮出太陽能熱水系統的使用功能[4-6]。

4.3 重視給排水系統一體化

加強對太陽能熱水系統的一體化設計，有助于保證其與建筑陪排水系統的有效結合。在進行設計和實施期間，必須要保證太陽能熱水系統以及建筑給排水系統的安全、穩定，并以此為基礎做好太陽能熱水系統的保溫和防水工作。其中，保溫結構主要是保障加熱的熱水能夠維持自身溫度，最大程度提高其實用性能；而防水結構主要是針對排水系統滲漏現象進行預防，避免產生由于滲漏問題造成的高溫熱水安全風險。

5 太陽能熱水系統在建筑工程中的具體應用

5.1 安裝太陽能熱水系統

在實際進行太陽能熱水系統的安裝過程中，首先，要求工作人員必須對各項安裝重點進行全面把握，結合建筑區域的具體工作情況進行分析，對太陽能集熱管的位置和角度進行反復確認，以此來保證對太陽能呈現更好的收集效果；其次，要求在進行集熱器安裝過程中，必須保證其與建筑之間的連接妥善，進一步保證建筑結構與太陽能熱水系統之間具有高度的匹配程度，全面提高太陽能熱水系統功能的使用穩定性。

5.2 設置屋面集熱器

在進行設置屋面集熱器的過程中，首先，要保障集熱器設置周圍位置的空曠，避免產生由于障礙物遮擋而影響光照的問題；其次，需要將集熱器安裝在支架上，以此來保證集熱器的安裝穩定性。因此，必須要進一步確定支架的牢固可靠，利用三角形支架，不僅可以實現集熱器穩定性保障的需求。同時，也能夠展開更加方便的集熱器角度調整工作。但是，三角形支架對于空間具有更高的需求，所以如果沒有特殊要求應該避免支架的使用。

隨著人們逐漸增強的環保意識以及日益進步的科技水平，對于人類與自然環境之間協調發展的需求具有明顯的改善作用。因此，推廣和普及太陽能熱水系統的應用，不僅滿足當前綠色環保的發展理念。同時，也有效進行了經濟成本的節約，進一步保護了我國不可再生資源的豐富程度，在應用太陽能熱水系統的過程中，整個工序相對簡單，能夠有效避免進行能源收集過程中給周圍環境來的不利影響。另外，應用太陽能熱水系統，也是對政府部門號召的響應，在倡導節能減排理念的前提下，通過應用太陽能技術，進一步優化和完善了我國當前經濟效應和環保效應，從根本上保護了生態環境。

5.3 應用新型節能設備

在以往由于缺乏合適的節能設備，導致了巨大的資源浪費。但是，采用先進的節能技術，就可有效地解決這一問題。管材和閥門是給排水施工中不可或缺的部件，它們的使用范圍極其廣泛，能夠為建筑物帶來更為安全可靠的保障。隨著技術發展，當前國內在建筑給排水施工中采用的管材和閥門已經大大超越了傳統的普通材質，具有更高的防水、防腐性能，即可滿足各種復雜的施工要求。這些新型的管材和閥門能夠有效地避免腐蝕、老化等問題的發生，同時也能夠節省大批的人工、物資，進而實現自然資源的高效利用。采用先進的新型管材和閥門來完成給排水施工，不僅能夠有效地節約能源，大大減少自然資源的環境污染和損失，而且還能夠提高環境保護的效果。為了更好地推廣這種技術，政府應該制定嚴格的規范，并加強對其執行情況的監督。為了更有效地節約用水和再生能源，有關部門應該迅速推廣一些先進的節水節能設備。

6 太陽能熱水供應系統注意事項

6.1 合理利用太陽能

由于太陽能熱水供應系統的內在構造十分復雜，因此，設計人員必須盡量避免將集熱器完全暴露在陽光下，以便最大限度地利用其自然能源。

6.2 加強協調設計

在規劃設計過程中，設計師應當結合當地地區的特殊地理環境，如氣候、日照等，科學合理地選擇太陽光熱水供應系統的朝向，以最大限度地提升網絡系統的經濟性和環保效果。在設計中，應該充分考慮人們的溫度需求，按照他們的經濟能力，合理選擇太陽能熱水供應系統的升溫方式和范圍，以滿足人們的需求。此外，還應該按照控制系統的功用，科學地選擇集熱器的安裝位置和水泵的部位，以確保太陽能熱水供應系統的有效運行[7-8]。

為了更有效地利用太陽能熱水器，應該精確測量其傾斜角度，以便更好地優化集熱器的安裝流程，特別是對于整體式太陽能熱水器，應該更加注重測量結果的精確度，為提高集熱器的運行效率奠定重要的基礎。

7 結語

綜上所述，在建筑給排水系統中應用太陽能熱水系統能夠有效保證建筑工程綠色、可持續的發展狀態，實現降低能源消耗的作用，進一步保護了生態環境。但在使用期間，必須對建筑區域進行自然環境的分析，有助于全面提高太陽能熱水系統的協調性，進一步提高具體的施工質量，全面發揮熱水系統的功能。