摘要：文章就太阳能热水器的应用现状和发展前景以及其在住宅建筑中的安装、运行及管道系统的布置形式及特点进行讨论。
关键词：太阳能热水器；往宅建筑；管道系统
0前言
随着能源可持续发展战略思想的深入，使用无污染能源和清洁能源已在各个领域展开，其中，太阳能作为清洁的可再生的自然能源，具有很大的利用潜力。利用太阳能而制造生产的热水器便成其为节能、环保、低成本、安全、耐用的绿色能源新产品。随着太阳能热水器推广使用,越来越多的建筑物屋顶都安装了太阳能热水器,但由于没有统一规划,安装位置参差不齐,管道布置零乱,很不美观。在能源和环保问题日受关注的今天，传统的燃气和电热水器中加热过程中均存在能耗大、废气污染、使用不安全等诸多问题，使节能、清洁、安全的太阳能热水器在住宅建筑中的应用更呈现出广阔的前景。
1.太阳能热水器应用的现状与矛盾
目前我国太阳能热水设备与住宅的结合还处于初级阶段，探讨阶段，往往只重视由太阳热能变为热水的技术，回收装置的技术，集热器的使用质量等，而忽视其他方面的问题，把太阳能热水器仅仅作为一个后期添加的设备来使用和无顾忌的到处架设，从而极大地影响太阳能热水设备进入住宅的步伐。太阳能热水设备作为一种清洁能源的利用，在环境改善中发挥了巨大的作用，同时却又造成较大的视觉污染：如在屋顶上零乱的摆布，横七竖八的管线，金属构件造成的光反射都对环境造成不小的负面影响。此外后期添加的太阳能热水器，还影响热水系统的运行质量，严重者可能造成安全隐患，如热水器跌落伤人、屋顶破碎、房屋漏水等。出于无奈，一些小区物业管理公司明确禁止居民安装太阳热水器，甚至勒令将已经“上楼”的太阳能热水器请下楼，将人们生活中急需的这一清洁能源拒之门外。
2太阳能热水器与住宅设计的有机结合
太阳能热水设备由集热器、蓄热水箱、循环管道、支架、控制系统及相关附件组成，必要时还要增加辅助热源。要实现太阳能与建筑一体化，必须在建筑的设计阶段就应将太阳能热水设备的各个部件，都做作为建筑物构件去设计，在立面造型、结构形式、给排水系统中通盘考虑。在外观上，实现太阳能热水系统与建筑完美结合，无论在屋顶、阳台、墙面或其它部位都要使太阳能集热器成为建筑的一部分，实现两者的协调统一；在结构上，妥善解决太阳能热水系统的安装问题，确保建筑物的承重、防水等功能不受影响，还应充分考虑太阳能集热器抵御强风、暴雪、冰雹等的能力；在管路布置上，合理布置太阳能热水系统物质循环管路和冷热水供应管路，减少热水管路的长度，而留出各种管路的接口、通道；在系统运行上，要求系统安全可靠、稳定、易于安装、维护，合理解决太阳能与辅助能源加热设备的匹配，实现系统的智能化和自动控制。
3太阳能热水器在住宅建筑上的常见形式
3.1单户式安装太阳能热水器
单户式安装采用自然循环式家用太阳能热水器,安装在屋顶经特别设计留用的区域里。同一单元住户整齐排放。热水器由住户自行购买安装,开发商预先安装好经保温处理的进出水管(大都两管合一),住户根据自己的习惯使用热水器内热水。水电费用住户自理，管道费用计入购房成本。户用式热水器的缺点就是管道成本较高,一户一管，管道占的空间大,但使用费处理比较简单。这种形式目前我在国应用较多，特别是别墅、住宅楼顶上面几层用户。
单户式太阳能热水器的集热板与保温水箱组合成套安装。由于设备内热水靠热虹吸作用进行自然循环一一集热板内的水被太阳能加热升温，密度变小，上升进人保温水箱，密度大的冷水从保温水箱内补充进来，再被加热上升，如此循环不息，使整箱水都被加热。所以保温水箱必须设在集热板上方，集热板向上倾斜与水平成30度夹角插人保温水箱。按热水供水方式的不同，太阳能热水系统又可分为泄水式和顶水式两种。
3.1.1泄水式系统
所谓泄水式系统，就是保温水箱中设一通气管与大气连通，也称为开放式系统。水箱内设水位控制装置使水箱内水位保持一定高度。使用时打开供水管上的阀门，热水靠保温水箱与用户用水点间的位高差流向用水点。此系统的特点是太阳能热水器本身不需要承压，使用时热水靠重力流向用户。其缺点是靠近顶层的用户因位差小致使压力不足，热水流量小、流速缓慢。
1保温水箱2集热板3截止阀4止回阀5通气管
图1：泄水式系统布置示意图
3.1.2顶水式系统
顶水式系统其保温水箱为全封闭式。使用热水时，打开进水管上的阀门，热水靠进水压力顶出水箱，流向用水点。若进水压力不足时，可用泵进行加压。此系统的优点是热水压力充足，使用效果较好，但热水器需要能承受压力。单户式系统的太阳能热水器内也设有电辅助加热系统，以保证全天候供应热水。安装时可根据管道的长短、管材的绝热性能来选择管道是否包保温层。该系统运行维护方便，管道系统简单，适合家庭用户独立安装使用。
1保温水箱2集热板3截止阀4止回阀
图2:顶水式系统布置示意图
3.1.3单户式设备选择与安装
热水器集热板要最大限度地接受太阳辐射，就必须选择最佳的日照角度，因为我国处在北半球，所以太阳能热水器应朝正南方向安装。如果受建筑物条件的制约也可选择偏东南或偏西南方向。经过实际比较，热水器的朝向对其热效率5%-10%的影响。实验中还发现集热板与水平夹角约为30度时热效率最高。与水平夹角为30度的倾斜安装方式还有利于多排热水器的安装，每排集热板之间留1米左右的维护通道，能有效利用建筑物面积。在住宅楼中，太阳能热水器可安装的部位有建筑物的屋顶、建筑物南阳台和建筑物的南边外墙。
（1）屋顶部位
当太阳能热水器安装在屋顶时，由于其位置较高，可以形成自然压头，管路选择比较灵活，既可以选择顶水式，也可以选择泄水式。相应集热器类型也有较大的自由度，自然循环式、强制循环式和直流式均可。对于平屋顶要注意集热器的平面安装位置。应当尽量减少水平管路的长度，将集热器置于卫生间的上方。有利于设置管路和固定支架。对于坡屋顶则最好选择集热器与储水箱分离的热水系统，将储水箱置于吊顶内，可以减少屋面的荷载。另外坡屋顶横管式太阳能热水器最适合坡屋顶平房或楼房，水箱外形象“饼干”一样平贴于斜屋面，克服了各种太阳能热水器重心高、在坡屋顶上安装困难等缺点，安全可靠，外形平整，成片安装整齐美观，已大量被房地产公司配套安装。
（2）墙面与阳台
在墙面或阳台安装太阳能热水器，可以减小管路的长度。对于高层住宅是其他安装方式不能替代的。由于与用水端没有足够的高差，所以在墙面或阳台安装的系统必须采用顶水式管路。而且同坡屋顶一样，应尽量选择集热器与储水箱分离的系统，可以减小坠落伤人的概率。
3.2单元式安装太阳能热水器
单元式安装不论是平屋顶还是坡屋顶,通过设计处理,将集热器组和一个强制式循环水系统的大贮水箱,安装在住宅建筑物的屋顶上。出热水管分别接到每个住户。通过控制系统自动给水，自动停水。住户用水前,通过温度传感器检查水箱中的水温，确定是否需要启动辅助加热器（还可依据时间段来比较太阳能所产生的热水量是否到达原设计需保证的热水量而自动启停辅助加热器等多种自动控制方式来保证热水的正常使用）。只要水箱设计合理,可以比户用式太阳能热水器更随心所欲地使用热水。至于费用管理,通过给每个住户安装热水表,按表的读数分摊辅助加热器所耗电费（辅助加热器一般采用空气源热泵或电加热器），或者通过成本核算确定单价，用智能抄表的方式计费。该方案的缺点是连续的阴雨天住户如要用热水,加热器要加热一个大水箱的水，因而一个合理实用的辅助加热系统自动控制便相当重要，不然容易造成用户用水的等待,或者加热过多的热水用不完而造成浪费比较严重。这种形式一般用于多层住宅中。
3.3集中式太阳能热水系统
近年来，高层住宅不断兴熟，并在住宅开发中占有一定比例、但高层住宅在应用太阳能热水器方面存在几个不利因素。首先，高层的天面面积占整楼的建筑面积比例小，天面设备多，太阳能热水器所能利用的面积有限。其次，天面至低层用户的管线长，需穿越的楼层多、水头压力大、热损失大、用户检修维护较困难等。所以，高层住宅的太阳能热水器一般在楼盘开发阶段由开发商统一安装集中式的太阳能热水系统。
集中式太阳能热水系统由集热板组、保温水箱、智能控制系统、辅助加热系统、管道系统等几个部分组成。集热板分排布置且与保温水箱分离，多排并联的集热板组由天面水箱或变频给水设备提供水源。集热板组中的水吸收太阳能温度上升，变成热水，由水泵引至一个大的保温水箱中集中储存，然后通过管道系统供应给各层用户。整个系统由智能控制系统控制。集中式太阳能热水系统充分利用高层住宅屋面面积及南向墙面面积等接收太阳能，以电能或燃油、燃气锅炉作辅助加热，达到节能目的，为整栋楼住户提供全天候不间断的热水，水温、水压均得到保证。
4 结语
目前城市住宅的节能意识已提升到了一定高度,而既节能又取之不尽的太阳能热水器的普及率却不高。建筑及给排水设计人员，应了解及掌握各种太阳能热水器产品的特性、技术参数，在设计中考虑太阳能热水设备或合理预留太阳能热水器的安装条件，使其与建筑物更好地有机结合。积极推广这种环保产品，将有利于促进我国建筑节能方面的发展。
