住宅小区太阳能热水工程设计方案

热水器基本概念

热水器就是指通过各种物理原理，在一定期间内使冷水温度升高变成热水的一种装置。按照原理不同可分为电热水器、燃气热水器、太阳能热水器和空气能热水器四种。

电热水器

特点：使用方便、节能环保，能连续供应热水。分为储水式和即热式电热水器。储水式电热水器 容量分有30L、40L、50L、60L、80L、90L、100L等。优点安装简朴，使用方便。 缺陷洗澡前要提前预热。 即热式电热水器优点：出热水快，只需3秒钟即可；热水量不受限制 。缺陷：功率高，需预留至少4平方的电线。

空气能热水器

空气能热水器是较先进的热水器，工作原理与空调正好相反：通过压缩机系统运转工作,吸取空气中热量制造热水。

燃气热水器

燃气热水器原理是运用燃料燃烧释放出的热量来燃烧水的一种设备。

一、按使用燃气的种类分为：人工煤气热水器、天然气热水器、液化石油气热水器。 二、燃气热水器按给排气方式分为直排式、烟道式JSD、强排式JSQ、平衡式JSG、户外式JSW四个阶段。

三、按安装位置分为户内式（浴室内，浴室外）与户外式

四、燃气热水器按出水温度可分为普通型和恒温性。

太阳能热水器：

重要有集热器、储热水箱、辅助热源、循环管道、自动控制五部分组成。

太阳能热水系统根据集热系统、辅助系统及供水方式的不同，可以分为三大类型：

分户集热——分户储热辅热式

集中集热——分户储热辅热式

集中集热——集中储热辅热式

分户集热——分户储热辅热式太阳能热水系统是指终端用水点以户为单位，每户独立设立太阳能集热器、储水箱、辅热设备及相关管路，每户独立使用的小型太阳能热水系统。较合用于独立式小型别墅住宅、联排别墅、新农村规划联排住宅中。

集中集热——分户储热辅热式太阳能热水系统是指太阳能集热器集中、统一规划安装于建筑物屋面部分，储水箱、辅助加热系统按终端用户为单位独立设立的太阳能热水系统。较合用于新农村规划联排住宅、多层及高层住宅、宾馆、学校、工厂员工宿舍中使用。

集中集热——分户储热辅式太阳能热水系统介绍 1.太阳能集热器集中安装在建筑物的屋面，储水箱及辅助加热设备按每户的用量需求分别设立在各户内；水箱通过太阳能循环泵与屋面集中集热器进行循环，辅助加热器一般采用电加热，分户设立于户内水箱中；较合用于新农村规划联排住宅、多层及高层住宅、宾馆、学校、工厂工业生产及员工宿舍中使用。

某住宅社区太阳能热水工程方案设计

某住宅工程总建筑面积为571449.99 m2 涉及29幢民用住宅楼，均为居住用6层新建建筑。规定采用建筑一体化太阳能热水供应系统共计为988户提供生活热水。项目重要采用集中集热、分户储热式太阳能中央热水系统。太阳热水系统采用电加热系统作为辅助能源，通过采用太阳能热水系统，可以大大减少常规能源使用量。太阳能集热器采用真空管式集热器，使用寿命长达30年，后期运营维护方便。

1 方案论述

本示范项目住宅社区太阳能热水系统采用集中集热-分户储热-电加热辅助能源的系统。

该形式将集热器集中布置在屋顶,在屋面设立水箱间,并且在每家每户安装一台热、电两用太阳能水箱(水箱大小50—100L)。太阳能集热器采集到的热量集中储存于屋顶设备间内的水箱中,并通过管网均匀输送到每家每户,不仅保证用户用热量均衡稳定,并且解决了物业收热水费用难的问题。

本示范项目住宅设计建设规定达成65%的节能设计标准根据项目特有的全高层建筑、立面及屋顶形式,选用了集中集热分户换热储热太阳能系统。该建筑类型为多层住宅, 有屋面均采用平屋面形式，每户一台换热式双能源水箱,每户使用自己的自来水和电辅助加热。天气好日照足,太阳能集中系统提供热源,日照局限性时,用户自己启动电辅助加热。

2.系统设计计算

⑴ 水量的拟定：

示范项目户型基本情况

户型 户型面积 分布情况

A 90.30m2 13#，16#，17#，19#，25#，28#，30#，38#，39#，41#

B 99.81m2 10#，11#，22#，26#，35#

C 107.99m2 8#，9#，14#，15#，31#，32#

D 124.18 m2 20#，27#，28#，33#，36#，37#

太阳能热水示范项目共涉及29栋楼，A、B、C、D四种户型，均为6层居民楼。户型、楼号分布、户型面积见表8。依据《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2023），对于有集中热水供应和沐浴设备的住宅，热水温度按60℃计时，每人每日日用水定额为40-60L，按每户3人计算，日均用热水量60L/(人·天)，共计988户。根据下式计算热水量

Qwrmq

式中：QW——日平均用热水量， （L）； m——用水计算单位数（人数）；

qr——热水用水定额，

根据上述公式可以计算出每栋楼的日均用热水量。29栋楼共需要热水量为177.84吨，热水系统设计成直流式定温放水温差强制循环热水系统。

⑵系统使用规定：

用水方式： 24小时供应热水。

辅助能源：采用 电加热 做为辅助加热能源

⑶系统集热面积的拟定

直接系统集热器采光面积

集热器采光面积可根据用户的每日用水量和用水温度拟定,按下式估算:

式中：Ac—直接系统集热器采光面积，㎡；

Qw—户日均用水量，180㎏；

Cw—水的定压比热容，4.18kJ/(㎏·℃)；

tend—储水箱内水的终止温度，60℃（按最高用水设计）；

ti—水的初始温度，15℃（按春秋基础水温设计）；

Jt—本地春分或秋分所在集热器受热面上月均日辐照量，17730Kj/㎡； Ac= QwCw ( tend—ti )ƒ

JTηcd (1—ηL) ƒ—太阳能保证率，无量纲；0.60

根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户规定等因素综合考虑后拟定；

ηcd—集热器全日集热效率，无量纲；0.40

根据经济值取0.40~0.55。

ηL—管路及储水箱热损失率，无量纲；0.20

根据经济值取0.2~0.25。

将相应的相关数据代人到以上公式AC=3.58㎡

即每户所需安装集热面积为3.58㎡

住宅社区太阳能热水示范项目共计988户，建筑面积102056.88平方米，天天需要热水177840吨，共需集热器面积3537.04平方米，对比楼顶面积可以看出，每个屋顶面积均大于集热器所需面积，因此，每栋楼均可以满足太阳能热水系统的使用规定。

系统工作原理及运营方式

㈠.工作原理：

本系统采用定温进水、温差循环的运营方式，晴好天气充足运用太阳能，阴雨天气或光照局限性时，使用辅助加热。

㈡.运营方式

1.定温进水：当集热器温度达成设定温度值45℃时，上水电磁阀自动启动，将集热器中的热水顶进储热水箱，集热器温度低于设定温度时，电磁阀自动关闭，停止上水。系统吸取太阳热量储存于集热器内的水中，使温度继续升高，然后再启动，再关闭。通过这样一个不断反复的过程，把太阳的能量转化为热能，直到把储热水箱的水加满。

2.温差循环：储水箱水满后，只要有阳光辐射，集热器的水温必然继续升高，当集热器的水温高于水箱底部温度8℃时，循环泵启动，系统开始循环，水箱继续增温，直到两个水箱的水温接近时，循环泵停止工作。这样即可保证太阳能得到最充足的运用。

3.辅助加热：

⑴.自动监测水温：阴雨天气或光照局限性水箱水温低于设定值

45℃时，控制系统自动打开辅助热源，水温达成设定温度时，辅助热源自动关闭。

⑵.自动监测水位：当洗浴人数较多，用水量过大，水箱水位降到20%时 ，进水电磁阀自动打开，向水箱注入自来水水，同时启动辅助热源，温度升到设定温度时自动关闭，从而保证及时供应热水。系统原理图如下：

2F3F3F2F储水箱接用水点储水箱接用水点电加热储水箱接用水点储水箱接用水点储水箱接用水点储水箱接用水点1F接自来水太阳能集热器平衡水箱接用自来水电加热接用自来水电加热接用自来水电加热接用自来水电加热接用自来水电加热接用自来水

三大热水器优缺陷比较：

随着人们环保意识的不断加强，越来越多的消费者倾向于选择太阳能热水器，但很多人对使用这种产品又不是很了解。在这里，我们将太阳能热水器、电热水器和燃气热水器的性能作一个粗略的比较。

一、热水产量方面 燃气热水器有5升、7升、8升等不同的型号，是指在1分钟内将水温升高25℃时所产的热水量，假如自来水的温度为25℃，则每分钟可产50℃的热水5升、7升或8升。

电热水器的标注则是30升、60升、90升等等，这是指电热水器的容水量，相称于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是30升、60升、90升。拿一个8升的燃气热水器与一个40升的电热水器相比较，8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。假如这一罐水用完，还要等半小时左右。

太阳能热水器按照年平均气温15.7℃、年日照时数2023小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡／平方米计算，假如集热面积为2平方米，年吸取太阳辐射能量为9.37×106千焦，按把水温升高35℃计算（基础水温10℃），全年可提供生活用热水（45℃）53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均天天可洗2.93人次。

二、加热速度方面

目前生产的燃气热水器大多为快速热水器，不管什么时候，只要想用热水，打开燃气阀和水龙头，热水就会流出来。而电热水器需要预先通电半小时左右，才干开始使用。太阳能热水器在天气晴朗的时候使用更好，最抱负的楼层在六至八层。 三、温度稳定性方面

燃气热水器由于是快速加热，并有调整温度装置，只要在使用开始时调到人体感觉舒适的温度，而后就会一直保持在这一温度恒定地供应热水。

电热水器在使用时需要此外接一根冷水管兑入冷水，当罐内水不断流出，冷水不断加入时，水温就会逐渐下降，直到所有是冷水。所以在使用时，需要不断地去调整冷热水的比例。

太阳能热水器使用起来暂时还不大方便，要上水，且不能保证时时有热水。

三、功率方面

燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个8升的燃气热水器和40升的电热水器相比较，8升燃气热水器的功率相称于16-17千瓦，而40升的电热水器一般为3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢？这是不也许的，由于家用电表、电线都无法承受。

四、价格方面

8升的燃气热水器价格一般在800元以上，再加上安装费，大约在1000元以上，有的甚至接近2023元。电热水器现在都在500元以上，加上安装费用，一般不到1000元。太阳能热水器的价格都在3000元以上。