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摘要：近十几年来，我国太阳能发展十分迅速，但产品多为单个家庭式太阳能，其品种、功能和质量远远不能满足社会需要。太阳能与建筑相结合发展为集中式太阳能系统，必然会成为一种发展趋势。所以本文主要介绍集中式太阳能热水系统若干设计问题探讨，进而提出以下内容，希望能够为同行业工作人员提供相应的参考价值。
关键词：集中式；太阳能；设计；问题；分析
1导言
我国第一部《可再生能源法》从2006年1月1日已正式实施，在目前日益紧张的能源市场，住宅建筑中充分合理地开发与利用太阳能资源，减少常规能源的消耗，改善居民生活质量，促进环境可持续发展，将具有广阔的市场前景＼可观的经济效益与环境保护效益。太阳能热水系统应与建筑同步设计，同步施工、验收，针对建筑形式的不同需选择合理的太阳能热水系统。但是，太阳能热水系统在我国住宅建筑中的应用推广尚处于初级阶段，既有住宅项目需事后安装，很多新工程的规划建筑立面也没有考虑太阳能的利用，只能后期设计考虑解决方式。为了不破坏建筑立面效果，在建筑外观上达到和谐统一，又秉承优先充分利用太阳能这一原则，及提供稳定热水供应的使用原则。
2集中式太阳能热水系统特点及设计要求
2.1集中式太阳能热水系统的特点
一是充分利用太阳能资源，让每家每户充分享受可清洁再生能源，让住户受惠；二是系统简单合理，尤其是不增加用户的麻烦；三是相对非集中式太阳能热水系统，具有太阳能资源利用率高，管理相对集中方便的特点，保证了水质与安全。是一种节能环保的太阳能热水系统，具有的推广与应用价值。
2.2系统集热器的设计
一是集热器朝向与倾角。正南摆放，使集热器得到更多的太阳辐射能；全年使用太阳能系统集热器倾角应当与当地的纬度一致。二是集热器连接。集热器数量较多，为减少阻力，采用并联连接；集热器数量较少，采用串联连接。三是集热器前后排间距的计算。前后排集热器之间应留有一定的距离，以避免前排集热器影响后排集热器的采光，当全年使用时，只要保证冬至日前后排不遮挡，其他时间就不会遮挡。
2.3集中式太阳能热水系统的辅助加热
集中式太阳能热水系统的辅助加热装置一般选用热泵、电能、燃油（气）锅炉等。换言之，是通过相应的阀门控制，把太阳能集热器作为电能、燃油（气）锅炉、热泵等加热设备的预热设备做到节能减排。夏季热水供应主要依靠太阳能集热器，其他三季可由太阳能将水预热，热量不足部分由辅助加热装置补充。
3集中集热储热、分户计量的模式
3.1工艺流程
集中集热储热、分户计量太阳能集中供热水系统的工艺流程比较简单（见图为保证出水温度恒定在设定热水温度以上，就是阴雨天也要有足够的恒温水供应，需要在集热循环水箱和用户总管之间附加一个有电加热装置的恒温水箱。由三控的电磁阀控制进水，即当循环水箱的水温超过设定温度时（定温控制）和当恒温水箱的水位低于事先设定的低水位时（水位控制），恒温水箱的进水电磁阀打开，在阴雨天则由有温控的电加热装置保证出水的恒定温度。为充分利用廉价的谷电，恒温水箱可在深夜定时打开进水电磁阀（定时控制），进水至满箱（即高水位）。同样，这时如进水温度未达到设定温度时，由温控开关启动电加热装置将水升温至设定温度，以保证次日清晨的用水量。
3.2辅助加热及防冻
用电热棒进行补充加热，这种传统的方法目前正在逐步被先进的节能技术所替代，如热泵热水系统等，都可以作为辅助加热的方式。为保证住户打开龙头就有热水流出，垂直总管内的热水需要循环流动，只须再附加一根与总管平行的小口径回水管，下端和总管连通，上端接入集热器水箱，定时启动循环泵即可。集热器和屋面管路的防冻，可用集热器循环泵的温控器来解决，当水温低于设定温度时启动循环泵，集热循环水箱的温水就回流到管路中，防止管路冰冻。
3.3计量及缺陷
集中供热水必定涉及计量问题，这在技术上并不复杂，在集热循环水箱的进水浮球阀前安装总水表，在用户的用水点前安装小水表，系统所有用电器具的电源均集中由独立安装的分时电表进行计量。物业公司每月或每季公布总水表和电表的读数，依此计算热水总费用，再按照每户的小水表读数计算分摊费用。由于太阳能装置是全自动设备，考虑平时的维护费用，物业公司可适当附加一些抄表收款的管理费用即可。这种系统主要存在的问题也在这儿，虽然技术不复杂，但涉及到水量与水温两个问题，由于太阳能热水系统出水温度不稳定，要满足水温要求又需要配置辅助热源，常规的是采用电加热，这又涉及到电费的分摊问题，诸多的计量与很难精确分摊，往往导致用户难以接受。水费、物业费无法收取，就无法保证系统的维护管理。
4供热系统组成及设计要求
系统组成包括水箱、集热器、支架、配件、管道系统及自动控制设备。由于集中热水系统要求安全性高，就必须选用质量好的结构材料、全自动的工艺流程以及尽可能低的投资成本。对热水应采用全循环或半循环方式，以方便用户使用，进而减少水的浪费。考虑到冬季仅靠太阳能难以提供45℃以上的热水，可采用电、汽混合加热。系统设计应考虑每个单元独立设计，并在出水管上设置联络管，以在事故及检修情况下互为备用。
4.1系统材质要求
对太阳能水箱应采用食品级不锈钢，其厚度应经承压计算确定，但不宜小于4mm，这样可保证水箱体使用年限至少15a以上；保温材料采用发泡聚氨酯，厚度随不同地区而异，但不宜小于80mm。且要认真做好防潮防露处理，以防受潮后增加导热系数，降低保温效果。集热器应选择大直径的全玻璃真空集热管或热管式真空集热管，它们具有集热效率高、安装方便、可靠性强等优点。管道选择应优先考虑铜管，但因铜管造价高，宜可采用铝塑复合管(PPR)，接头件应采用全铜件，以保证系统的密闭性和使用年限。
4.2设计及安装要求
4.2.1集热器面积确定
集热器面积的估算是一个关键性问题。若集热器面积过大，就会使设备成本提高，造成浪费，面积过小，则会影响使用效果。
4.2.2集热器设计安装
为使阳光尽可能直射集热器，集热器应安装在朝向正南或南偏西方向上，为使集热器的集热效率在冬季最高，安装倾角可由当地纬度加10°-15°确定。集热器安装间距应考虑拆卸使用方便及相邻集热管阴影影响，间距在80-100mm为宜。
4.3系统附属设备
由于系统在运行过程中水垢会集结在集热管、水箱体、管路系统中而降低系统集热效率和使用性，故建议在总容积大于10m3时对水进行软化处理。在冬季运行时，辅助热源采用燃油蒸汽锅炉，两套系统设计成独立运行方式。
4.4系统运行及维护
系统因在真空集热管满水状态下运行，以避免空晒而造成密封圈老化漏水。采用混合加热时因自动控制汽源大小和电源开关同时应有漏电保护装置。应对太阳能安装区域进行封闭隔离，以防止人为损坏
5结论
随着国民节能环保意识的加强和人民生活水平的不断提高，住区提供生活热水将成为的必备服务项目，与建筑结合的太阳能热水系统一定会大有可为。
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