别墅型太阳能中央热水系统及其应用

　　别墅类中高档住宅对居住舒适性的要求高于普通住宅，在生活热水使用方面，具有配水点多、用水量大及全天候使用等特点，并且不同住户用水时间无规律性，不适宜小区集中供应热水，所以以户为单位的中央热水系统已经成为最基本的配置。
　　21世纪是注重人与环境和谐共生的时代，可持续发展已成为全球发展模式。目前城市发展也由卫生城市或花园城市向生态城市迈进，住区、住宅的生态化已成为住宅产业发展趋势。热水供应系统作为别墅类建筑能源消耗的大户，必须满足节能、环保、安全、高效等生态化指标要求。
　　1 别墅型太阳能中央热水系统
　　目前，在别墅建筑中普遍采用的热水供应方式主要有大容量电热水器燃气中央热水器两种形式。前者设有大容量的储热水箱，配以先进的控制系统，使用安全方便，缺点是耗电量大，热水成本较高，一般生产一吨50℃的热水费用在18元以上（电费按0.44元/度，冷水温度按15℃）。后者可以即时供应生活热水，使用方便，热水生产成本也比较低，如果采用天然气，一般生产一吨50℃的热水费用在10元左右（天然气按2.0元/Nm3）。但是因为别墅小区大都在郊区，采用燃气热水系统受制于是否有配套气源或者需要单独购买瓶装燃气。
　别墅型太阳能中央热水系统是一种新型的热水供应形式，它采用当前最先进的太阳能集热技术和系统控制技术，将太阳能热水器与电热水器技术有机结合，克服了普通太阳能热水系统效率低、热水量小、冬季易冻裂、供水不稳定和电加热中央热水系统运行费用高等缺点，不受能源供应的限制，利用免费的太阳能，清洁无污染，运行费用远低于电热水器的运行费用。
　　别墅型太阳能中央热水系统主要有太阳能集热系统、循环系统、电辅助加热储热水箱和控制系统四部分组成。太阳能集热系统采用高效、耐久、抗冻、安全的建筑构件型热管真空管式太阳能集热器，屋面上的太阳集热器成为纯平紧贴的功能性构件，与坡屋面外观协调和谐。室内储热水箱采用带电辅助加热的承压热水箱，内设置浮动盘管式换热器。太阳能循环系统将集热器和水箱换热器组成一个闭式回路，通过控制系统控制太阳能循环泵的运行将集热器收集的太阳能热量输送到储热水箱加热生活热水。在太阳能资源不足的阴雨天气，当水箱水温不能满足使用要求时，电辅助加热启动对水箱加热。
　　2 别墅型太阳能中央热水系统的工作原理
　1 集热器 2 集热器感温探头 3 手动排气阀 4 热水出口 5 混水阀门
6 集热器回水管 7 单向阀 8 循环工质抽干/加注器 9 膨胀罐
10 排气阀 11循环泵 12 泄压阀 13 压力表 14 集热器进水管
15 热交换盘管 16 贮热水箱 17 辅助电加热器 18 系统控制器

　　其加热原理如下：
　　集热器感温探头处温度TC高于循环回路水箱出口温度TR某一设定值时，控制器启动循环泵运行。循环泵使回路中的传热流体循环运行，通过热交换器将太阳能集热器收集的热量传递到贮热水箱中。在循环泵运行过程中，当温差小于一定值时，循环泵将停止工作。当贮热水箱水温达到设定水温最大值时，控制器关闭循环泵。单向阀阻止贮热水箱中的热水上升到集热器中（在晚间）。在日照不足时，贮热水箱的水可能达不到可用水温，电辅助加热器可对贮热水箱的水进行加热，达到可用水温。
　　3 别墅型太阳能中央热水系统的特点
　　与普通的太阳能热水器和其它热水加热形式相比较，统和太阳别墅型太阳能中央热水系统具有如下优异特点。
高效：最新设计的热管集热器，系统效率高；
防冻：采用双回路系统，不怕冻，四季使用；
安全：美国技术太阳能电热水箱，安全可靠，免维护；
耐久：进口关键部件， 全铜、铝、不锈钢材料，寿命15年以上；
全自动：进口控制仪， 全自动运行， 家庭热水中心，24小时热水；
舒适：即开即热， 调温方便舒适；
承压使用：喷水有力，按摩洗浴，可多路供水；
节能： 主要利用太阳能， 全年节能60-90%。
与建筑相结合：一体化设计，美观大方。
　　4 几种适用于别墅热水系统的技术经济性比较
　　为满足别墅家庭住宅生活热水需求，有以下几种方案可供选择：
　（1）电热水器系统，24小时供应家庭生活热水。
　（2）燃气热水器系统，24小时供应家庭生活热水。
　（3）太阳热水器，供应家庭生活热水。
　（4）别墅型太阳能热水系统，24小时供应家庭生活热水。
　　表1对几种方案的使用性能、经济性能、环保性能进行了对比。可以看出，四种方案在住宅家庭热水供应上基本都能满足要求， 但从使用、经济、环保等综合比较而言，有明显差别。
　　电热水器系统舒适度、安全性能、环保性能、安装施工都比较好，但运行费用过高；燃气热水器系统运行费用相对较低，但舒适程度一般，安全性和使用寿命不高；单纯太阳热水器运行费用最省，但阴雨天和水量变化大的情况下热水不能保证；别墅型太阳能热水综合优点明显，其舒适、经济、环保、安全、可靠、寿命长，以人为本，全年全天候热水供应，体现生态住宅理念。无疑是别墅住宅家庭生活热水系统的理想选择。
　　表1 几种别墅热水供应系统形式综合比较
　　比较项目 电热水系统 燃气热水系统 太阳能热水系统 别墅型太阳能热水系统
使用舒适度 很舒适 一般舒适 一般 很舒适
24小时热水 好 中 中 好
即开即热不费水 好 中 中 好
冷热混水方便 好 差 中 好
运行费用 高 中 微 低
安全、使用寿命 高 差 高 高
环保、生态效果 好 差 好 好
安装施工 中 易 中 中
投资程度 中 低 中 中

　　5 别墅型太阳能热水系统在工程中的应用实例
沈阳市“锦绣山庄”生态别墅区作为东北地区首个生态住宅项目，在充分结合地域特点基础上，以规划创新和节能环保两大主题，广泛吸纳国内外优秀建筑和环保经验，在建筑规划、主体节能、太阳能生活热水供应系统、室内环境优化、节水、雨污水收集回用、绿色建材等方面进行了大量的科技创新，力求使业主入住后感受到更加舒适、方便、节约、安全。其中别墅型太阳能生活热水系统以其节能、安全、高效、环保特点，以及太阳能与建筑外观完美的和谐统一，成为小区建设中科技创新应用的一个亮点。

　　本项目每套别墅采用一套由北京天恒园新能源应用工程研发中心开发别墅型太阳能中央热水系统，本产品引进了德国的最新技术和核心的控制仪，采用欧洲标准的主要零部件，提高了系统的耐久、可靠、免维护性，全面保证了系统的运行质量，达到与国际接轨的水平。太阳能集热器采用与建筑结合的高效热管真空管集热模块安装于建筑屋顶，安装效果如图2所示。
　　在本生态住宅项目中采用别墅型太阳能中央热水系统，具有巨大的经济效益、社会效益和环境效益。
　　1）经济效益
　本项目应用太阳能热水系统带来的最直接经济效益是节能效益。太阳能利用的预期节能率可达到60%以上，以生活热水估算，每平方米太阳能热水器系统的年平均获热量（每年按360天计）相当于电1200 kW.h，500公斤普通煤和180.公斤液化气通过相应装置得到的热量。以别每户安装3平方米太阳能集热器面积计，住户年节约用电3600kW.h。
　2）社会效益
　　太阳能供热技术与建筑整合，不仅改善了建筑功能和环境，而且代表和体现了“绿色建筑”的内涵。通过工程应用获得良好效果后，会在房地产开发市场上发挥出其独特的竞争优势。当今人们对居住环境和舒适度的要求越来越高，而太阳能建筑的单位面积初增投资并不是太高，只要推广措施得力，将来的市场竞争力一定会越来越强。
　3）环境效益
　　降低粉尘、有害气体、温室气体排放，减少空气污染，减少温室效应，是本项目应用太阳能热水系统所能产生的最直接环境效益。以太阳能热水系统分析，每100平方米太阳能集热器每年减排粉尘2.5吨、二氧化硫0.25吨、二氧化碳0.9吨，环境效益明显。 在环境和资源保护方面，我国每年投入的环保资金已达到我国GDP的1%以上，但环境污染的形势依然十分严峻，太阳能作为一种最完整意义的清洁能源，本项目应用所带来的环境效益和由此派生出来的经济效益无疑都是十分巨大的。