作者: 张正本 | 2017-03-13 12:05

太阳能热水在高层建筑中的运用

大连某房产开发公司在2003年建成的某高层住宅楼上安装使用了集中式太阳能热水系统。经过回顾6年多的管理历程，该公司认为：在调查研究的基础上，利用天时、地利选用合适的方案并精心设计，做到产权明晰、管理精心，可以保证高层住宅楼使用太阳能热水取得良好的效果。

高层建筑利用太阳能的条件

大连气象公报年日照2,600小时，属于我国太阳能较丰富的地区，有开发利用的天时、地利;大连加大污染防治使得大气透明度提高，利于太阳能产业的发展。

建筑物朝向正南、屋顶无遮阳的平屋顶，可使集热器的布置更方便，保证太阳能利用率和保护建筑本体。测知当地正南向的方法虽多，但以“时间太阳法”为方便、快捷、准确(适于我国大部分地区;钟表应是准确的北京时间)，其计算式为：

T=12+(120°-αj)/15°=20-αj/15°

式中T ——当地中午(太阳正南向)的北京时间;

αj ——当地的地理经度(可从地图查得)。

例如大连的αj=121.8°，则太阳正南向的北京时间Td是：

Td=20-121.8°/15°=11.88(点)即11时53分

观察当地的东至南再至西的半周，其仰角约15°之上的空间内如无建筑物，即可认为是无遮阳。

目前利用太阳能存在的问题

目前的户式太阳能热水器，大都处于无序、粗放、低效的工作状态。其经常性的管理和维护操作，尤其是防冻解冻(大连每冬多有冻结而停用)作业，屋顶至户内的水管需放水待热，费水费热又费时;安装补热及排空或电热防冻装置均须添置设施，增加操作程序和用电量。

太阳能与用水很难同时，致热水器内水温水量波动大;如自动补水和辅助加热，虽能使水量充足并保持恒温，但晴天时太阳能则成多余，致水沸腾气化结垢，太阳能利用率仅在50﹪～80﹪;还因维修和售后服务等问题，有约15﹪的热水器被空置。

热水管多经公用通风道进户，争占和堵塞风道，妨碍公共卫生;安装、使用和维修工作弄坏屋顶而致漏雨;固定不牢被风吹掉易导致伤害事故;自装的各式热水器有碍建筑外观和市容市貌，不利邻里和睦与建设和谐社区。目前自行安置太阳能的，多被顶层业主、小区物管和城管部门干涉甚至禁止，个人使用太阳能难成规模，无法实现大范围节能。

高层建筑每户分摊的屋顶面积较小，难于满足每户安装热水器之需;即使放得下热水器，也有管线铺设和使用管理难的问题。虽已有壁挂或阳台户式太阳能热水器可用，但仍有业主负担多和太阳能利用率低的问题。还因高层建筑墙或阳台外集热器的安装维修系高空危险作业，施工个人及企业均需承担很大风险;于住户而言，有限的阳面被集热器遮蔽，有碍冬季太阳得热及户内视野的通透，尤其一旦在南侧规划建设新建筑而被遮阳时，将担前功尽弃的风险。

采用集中式太阳能热水系统

结合太阳能和集中式供热的优点，可以为高层建筑确定集中式太阳能采集与建筑热水供给设施相结合的太阳能热水方案：采用电辅助加热、上供下回的连续供水方式和水表安装到户按量收费;将热水工程纳入建筑工程中，实行设计、施工和竣工三同时的工程管理制度;实行按操作规程培训操作工、考核合格持证上岗和单独核算的运行管理制度。

工程概况：前文所述大连市某地产公司开发的楼盘是 1栋18层、90户、30,000m2建筑面积的板式节能型商住楼;按日供每18 m3、温度≮42℃的热水设计;建设费30元/m2(建筑面积)。

楼盘预售承诺“24小时供给热水”，很受业主(尤其是高端和外籍人士)的青睐与欢迎。运行6年多户内不设其他热水器，业主可随时享用热水。

热水工程的系统和设施：见图1。

图1 热水工程的系统

集热器的设置：采用较适于北方的热管式真空玻璃管集热器群，安装在楼顶的专用平台上，既不占用楼顶又满足了集热器的占地需要，明晰产权为开发商所有，见图2。

图2 安装在专用平台上的热管式集热器群

泵站及系统的设置：设置专用的泵站，其建筑面积不分摊给业主。为了保证连续恒温地供水、采热(或辅助加热)和加水，分别安装了3台水泵和水箱;设施和管道的系统采取“二用一备”的形式，既可轮流使用，也为修理提供了备品。采热水泵的能力，按满足夏季最高太阳辐射强度的采热需要和塑料管的许用温度设计选用;采热泵由人工或设在楼顶的集热管温度表自动控制开停，并安装了停泵同时将水全部倒空的装置，以防冬季发生冻结事故。采用高位水箱，工频电机带动水泵间歇运行供给热水，比变频泵供水节资省电。热水的管道转弯处采用45°角的组合弯头并安装除垢器，以防管道和设备被水垢沉积或堵塞。分户安装热水表计量并加止回阀，以防户内冷水倒灌，干扰使用热水。

泵站内的水泵水箱

管道上的电子除垢器

工程的成效

使用6年多的实践表明，工程基本成功，除短时停电外，基本做到了连续供水，已为业主供出3万多吨的生活热水。原持观望态度和已安装了其他热水器的业主，大都改用了太阳能集中热水。管理人员从热水的运行和维护管理中也取得了一定的操作经验。

取供电标准煤耗0.37kg/(kW·h)，标准煤和发电燃料煤的热值分别按7,000 kcal/kg和5,000kcal/kg;以全用电热水器提供3万吨热水的电耗，减去太阳能热水的电耗后为60万kW·h来计算。则节约标准煤量Mb和燃料煤量Mr分别为：

Mb=600,000×0.37=222,000kg 或222 t

Mr=222,000×70,000/5000=310,800kg 或311 t

以燃料煤的含碳、硫和灰尘分别为53﹪、1﹪和20﹪;碳、硫和氧的原子量分别为12、32和16计，则污染减排量P为：

二氧化碳：Pco2=311×53﹪×44/12=604.4 t

二氧化硫：Pso2=311×1﹪×64/32=6.2 t

灰尘：Ph=311×20﹪=62.2 t

因使用了电网充裕时段的低谷电辅助加热水，从而避免和减轻了电力紧缺的高峰时段住户使用电热水器对电网供电和发电站建设投资的压力。

工程的问题与展望

因当时国家和地方尚无开发可再生能源的资助政策，故建设资金全由开发商自筹。

使用“低谷”时段的半价电辅助加热，是降低热水成本的基本措施;热水虽为居民所用，但目前制热水的用水和用电却执行商业类的较高价格，这导致比居民制作热水的成本高出约35﹪。尤其是近年国家取消了中间的非居民照明类电价，又只提高商业电价，进一步加大供给热水的成本压力。太阳能集中供热水需缴纳税费，从而只能微利甚至亏损服务，难于收回开发资金，甚至可能倒贴成为开发的“教训”，极大地遏制了后继的开发。

国家如能出台鼓励和支持利用可再生能源的政策细则，必将使建筑太阳能热水工程得到转机而蓬勃发展，例如：实行建设资金的补贴制度、制热水的能耗改为民用价格或中间价格、实行减免税等。国家已宣布即将实施的阶梯用能价格制度，必将给太阳能热水工程的发展带来新的机遇和挑战。

实践表明：在大连地区的南向高层建筑上，采用集中式太阳能采集与建筑热水供给设施相结合的方案，技术成熟运行可靠;将太阳能热水作为系统工程纳入建筑工程，实行设计、施工和使用同时管理，可以做到不间断地提供热水，为服务民生和节能减排作出贡献，实现物业的低碳运作，并能极大地提升楼盘的美誉度。但因其经济性很差，故亟待政府出台实实在在鼓励太阳能技术应用的相关法规条款，使企业、社会能够依靠先进技术向前发展。

(原载于《现代物业·新业主》2010年7期/总156期)