3 建筑供热水设备

3.1.1 概述
太阳能热水系统是将太阳光能转换为热能以加热水所需的部件及附件组成的完整装置，通常由集热器、贮热水箱、连接管道、控制器等组成。由于太阳能是低密度、间断性、不可控能源，单独作为热源不能保证稳定的热水供应，所以工程选用时应与其它能源(辅助能源)组合提供生活热水。系统包括集热系统及热水供应系统两大部分。
1 太阳能热水系统分类，见表3.1.1。

表3.1.1  太阳能热水系统分类 

注：一个太阳能热水系统由多种要素的不同型式组合而成。

2 适用范围：年闩照时数大于1400小时，年太阳辐照量大于4200MJ／m²，极端最低气温不低于-45℃的地区，宜采用太阳能热水系统。安装太阳能热水系统的建筑应具备安装太阳能热水系统的技术条件，并保证安装太阳能集热器的建筑部位口照不受遮挡，或至少能保证4h的日照。安装太阳能热水系统对相邻建筑不会造成不利影响。
3.1.2 技术性能要求
1 系统总体性能要求
  1)系统提供的热水水质卫生指标应符合国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006的要求。
  2)太阳能作为预热热源，其贮热水箱供水温度无要求。太阳能作为直接加热供应热水的热源，其贮热水箱供水温度宜≥50℃，并保证最不利用水点的供热水温度不低于45％。
  3)太阳能热水系统必须采取防过热措施，并应符合《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB／T18713—2002的要求；在有冰冻可能的地区还应有可靠的集热系统防冻措施。
  4)如果系统含有电器设备，其电器安全应符合《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》GB 4706．1—2005的要求。
  5)当集热器成为建筑物顶部较高部件时，应按照国家现行《建筑物防雷设计规范》GB 50057—1994的要求做防雷保护。
2 集热器产品热性能要求及主要参数
集热器产品应具备国家认可的太阳能热水器检测单位出具的性能检测报告。
  1)大型太阳能热水系统(水箱容积＞600升)应检测项目
    ①太阳集热器瞬时效率曲线：平板型太阳能集热器基于采光面积、进口工质温度T_i的瞬时效率截距η₀应不小于0.70。以T_i为参考的总热损系数U应不大于6.0W／(m²·K)。无反射器真空管型太阳能集热器基于采光面积、进口工质温度T_i的瞬时效率截距η₀应不小于0.60，有反射器真空管型太阳能集热器墓于采光面积、进口工质温度T_i的瞬时效率截距η₀应不小于0.50。以T_i为参考的总热损系数U应不大于2.5W／(m²·K)。
    ②单位面积集热器的流量、阻力损失。
  2)小型户用系统(水箱容积≤600升)应检测项目
    ①单位面积日有用得热量：一定日太阳辐照量下，贮热水箱(罐)内的水温不低于规定值时，单位轮廓采光面积贮热水箱(罐)内水的日得热量。紧凑式≥7.5MJ／m²，分离式、间接式≥7.0MJ／m²(轮廓采光面积：太阳光投射到集热器的最大有效面积)
    ②太阳热水系统的平均热损因数：在无太阳辐照条件下的一段时间内，单位时间内、单位水体积太阳热水系统贮水温度与环境温度之间单位温差的平均热量损失：紧凑式、分离式≤22W／(m³·℃)
3.1.3 系统设计与设备选用要点
1 总原则
优先、充分利用太阳能。提供稳定的热水供应。设备、部件的安装位置及连接形式，应与建筑设计统筹考虑。系统的安装应保证安全可靠、维修方便。太阳能热水系统应与建筑同步规划、同步设计、同步施工、同步验收。
2 集热系统设计与设备选用
  1)选择集热器安装位置
    ①集热器安装倾角宜等于当地纬度。如系统侧重在夏季使用，其安装倾角等于当地纬度减10°。如系统侧重在冬季使用，其安装倾角等于当地纬度加10°。
    ②集热器安装方位角宜朝向正南，或南偏东、偏西30°的范围内设置。
    ③集热器应避免安装在受建筑自身及周围设施和绿化树木遮挡的部位，满足不少于4h日照时数的要求。
    ④太阳能集热器设置还应符合《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB 50364—2005的要求。
  2)选用集热器
集热器类型应根据太阳能热水系统在一年中的运行时间、运行期内最低环境温度、水质条件、经济条件、维护管理等多方面因素综合考虑，可参考表3.1.3-1选用。

表3.1.3-1  集热器类型选用

注：1 采用防冻措施后可用。
       2 建议采用防冻措施，如不采用防冻措施，应注意最低环境温度值及阴天持续时间。
  3)确定系统太阳能保证率
太阳能保证率是对应必要的生活热水负荷量，由太阳能供给的比率。根据当地的日照条件、供热水门标和投资能力，参照表3.1.3-2的推荐值选用。

表3.1.3-2  太阳能热水系统集热参数推荐选用表

  4)计算集热器面积
    ①按照国家标准GB／T 18713—2002规定的方法进行计算。
    ②按照日平均热水用量计算集热系统的热水负荷,并折算出集热器面积。当采用局部热水供应系统时，居民的平均热水用量取30～40L／(人·d)，贮水箱内水的终止温度取45～55℃；当采用集小热水供应系统时，居民的平均热水用量取50～60L／(人·d)，贮水箱内水的终止温度取55～60℃。
    ③对集中热水供应系统，为了弥补管网的热损失，按照规范的方法计算出集热面积后，还可以适当乘以修正系数，增加集热器面积。
  5)选用传热类型：单纯从集热系统的集热效率考虑，直接式系统优于间接式系统，但间接式系统有利于保证供水水质卫生。因此，在经济条件允许的情况下，优先推荐采用间接式系统。
  6)太阳热水系统运行方式应根据用户基本条件、用户的使用需求及集热器与贮热水箱的相对安装位置等因素综合考虑，可以按照GB／T 18713—2002推荐的方式选用，见表3.1.3-3。

表3.1.3-3  集热系统运行方式选用

注：1 在温控器控制泵的方式下可用。
       2 在温控阀控制的方式下可用。
       3 在光电池控制直流泵的方式下可用。
3 贮热水箱设计

式中：V集——集热系统贮热水容积（L）；
              A——太阳能集热器集热面积（m²）；
            B1——单位采光面积平均每日的产热水量（L/m²）。
具体数值应根据当地日照条件、集热器产品的实际测试结果而定。方案阶段可根据太阳能行业的经验数值选取。对于直接供水系统，B1=40~80L/m²，取值范围可参照表3.1.3-4。对于间接换热时的热媒水系统，B1=30~70L/m²。

表3.1.3-4  直接供水系统单位采光面积平均每日的产热水量

注：产热水温度为45~50℃。

4 强制循环系统集热循环泵设计应由厂家配套提供，其噪声应满足安装部位的建筑要求。
5 辅助热源系统设计与设备选用
  1)辅助热源及其加热设施宜按无太阳能热水系统状态配置。在农村或市政基础设施配套不全，热水用水要求不高的地区，可根据当地实际情况，适当降低辅助热源的供热量标准。
  2)辅助热源及其加热设施应在保证太阳能集热系统充分工作的条件下辅助运行。
  3)当采用集中热水供应系统时，配置宜不少于两套。一套检修时，其它各套加热设备的总供热能力不小于50％的系统耗热量。应按照《建筑给水排水设计规范》GB 50015中的规定进行辅助热源加热设备的设计。
  4)当采用局部热水供应系统时，加热设备通常为一套电热水器，也可采用燃气热水器或燃气热水采暖两用炉为辅助热源，但其允许的进水温度应能满足集热系统出水温度要求，并具有恒温出水的功能。选型方法可以参见国家建筑标准设计图集08S126《热水器选用及安装》。
  5)辅助能源启动方式分为按需手动启动、全日自动启动和定时自动启动三种，因关系到太阳能热水系统节能效果，应结合不同热水供应方式，采用适宜的控制方式。
6 确定系统控制方式
  1)太阳能热水系统的控制系统应具有集热系统自动运行控制、辅助热源自动切换控制、防冻、防超温、防漏电、防空晒等功能。集中热水供应系统还有热水循环控制。控制方式应尽量安全、可靠。全自动运行，便于用户操作。并设置可数字化显示的控制仪表盘。
  2)为保证系统的使用功能与安全，应相应设置电磁阀、温度控制阀、压力控制阀、泄水阀、自动排气阀、止回阀、安全阀等控制元件，阀门性能应符合相关产品标准的要求，并预留检修空间。
7 管材选用要点
  1)集热系统管道设置在室外时，直接受到四季环境温度变化和日照、雨淋等气候条件的影响，在选用管材及管件时，不仅要考虑工程造价和管道敷设条件，还应针对各种管材特性，结合太阳能热水系统特点合理选用。
  2)集热系统管道采用塑料管材时，应避免因阳光直射和热引起伸缩、膨胀以及防止管材老化。
  3)热水供应系统采用塑料热水管，管道工作压力应按相应温度下允许工作压力选择。
8 相关建筑设计要点
  1)规划设计时，采用计算机逐时模拟日照分析，得出集热器适宜的安装范围和安装位置。
  2)施工图设计时，确定集热器位置、热水系统与建筑(建筑的造形、平面功能)结合的方式，进行集热器安装基座定位设计，并绘制构造节点详图、集热器、水箱安装图、厨房卫生间设计详图，进行贮水箱的位置、空间及设施空间设计，预留管井(管线区)位置和维护检修的通道，采取建筑防水、保温构造保护措施等。
9 相关结构设计要点
  1)进行荷载(自重荷载、装载荷载、雪荷载、风荷载、地震作用等)计算，进行建筑结构主体与设备支撑部件之间的连接件计算，绘制建筑构件设计详图、安装设计详图。
  2)在正常维护下，连接件的材料、构造及设备支撑部件应至少与太阳热水器同寿命，其中连接件的材料及构造宜同建筑结构的使用年限。
3.1.4 施工安装要点
系统的施工安装应确保安全性和功能性，同时考虑与建筑结合。
1 集热器
  1)预留集热器施工安装、日常维护检修的通道，并对安装集热器的部位采取建筑防水、保温构造保护等措施。
  2)要安装集热器(热水器)的结构上预先设置预埋件或固定螺栓，当集热器安装在砌体墙上时，应在预埋件处增设构造柱。非结构受力构件如轻质填充墙上不得设置集热器。
  3)采用支架安装时，应按照设计图纸的要求检查强度、耐久性、与建筑物的固定方式。
2 贮热水箱
  1)贮热水箱上方及周围应有安装、检修空间，净空不宜小于600mm。设置贮热水箱的位置应具有相应的排水、防水措施。
  2)贮水箱基座必须设在建筑物承重墙(梁)上，并预留固定用预埋件。预埋件与基座之间的空隙，应用细石混凝土填捣密实。
  3)贮水箱应用地脚螺栓与基础连接牢固。
  4)钢板焊接的储水箱，水箱内外壁均应按设计要求做防腐处理。内壁防腐涂料应卫生、无毒，且应能承受所贮存热水的最高温度。水箱外壁应为带有优质防腐介质的金属材质，厚度不得低于0.6mm。
  5)贮水箱应进行检漏试验，试验方法应符合设计与《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB 50364—2005的相关规定。
  6)贮水箱保温应在检漏试验合格后进行。水箱保温应符合现行国家标准《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB 50185—1993的要求。
  7)贮水箱内箱应作接地处理，接地应符合现行国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB 50169—2006的要求。
3 管路系统
  1)应采取措施保证冷热水系统压力平衡，系统冷、热水压差不应超过0.02MPa。
  2)管道设计应合理有序安排走向，室外管线宜隐蔽设置，不影响建筑外观。如不能隐蔽设置，则应具有一定建筑装饰效果。
  3)竖向管线宜安设在竖向管道井中，做到安全隐蔽，又便于维护、检修。室内水平管线应隐蔽设置，在楼板和墙体面层中设置水平管道沟槽，或隐蔽于吊顶内，隐蔽工程内的管线应无接头。
  4)管路安装时，不得在结构梁柱、抗震墙的暗柱、端柱处穿管。管线穿过屋面、墙面等围护结构时应及时预埋套管，避免在已做好防水保温的屋面上凿孔打洞。
  5)按照《建筑给水排水设计规范》GB 50015的规定进行管道保温，保证系统的供水温度。
  6)室外管路采用防冻布置，即管路中不得有滞留水的管路死角，按照水可以排出的方向顺坡布置。
  7)管路安装应符合《建筑给水排水及采暖工程施工验收规范》GB 50242—2002的相关要求。
  8)太阳能热水器、集热器的安装节点做法可以参见国家建筑标准设计图集08S126《热水器选用及安装》。
4 电气系统
  1)根据太阳能热水系统所需的用电功率(如循环泵、辅助电加热等)及位置，预留用电负荷及插座(宜选用防潮防溅型面板)位置，且插座回路设置漏电断路器。如具有远程控制功能，还应就近预留控制管线。
  2)按照国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB 50169—2006及《民用建筑电气设计规范》JCJ16—2008，确定用电设备接地系统及安全措施设计方案。
  3)设置可靠的避雷措施，而且放置于室内的贮水装置其金属外壳应可靠接地。
3.1.5 技术经济分析
采用太阳能作为热源供应生活热水是我国大力推广的节能技术。太阳热水系统设置除考虑系统类型、辅助热源种类和比例、集热器类型、贮热水容积以及集热系统热性能和居民用热水负荷等诸多技术因素外，其经济性还取决于当地太阳能资源和气候条件、居民经济承受能力等非技术因素。经济技术分析可从经济性能和技术因素两方面进行。分为设计阶段的预评价和系统运行评价。
1 经济性能指标
预评价是在系统设计完成后，根据系统形式，确定的集热器面积及集热器性能参数、设计的集热器倾角及给定的气象条件下，在系统寿期内的节能效益分析。系统运行评价是系统建成投入运行后，进行长期监测，计算实际的节能效益。经济性能指标包括太阳热水系统的投资回收年限和太阳能保证率分析等。
2 技术评价指标(表3.1.5)

4.1.2-1  室内消火栓设置要求

3.1.6 相关标准、规范
《建筑给水排水设计规范》GB 50015。
《民用建筑电气设计规范》JGJ 16—2008。
《家用太阳热水系统技术条件》GB／T 19141—2003。
《家用太阳热水系统热性能试验方法》GB／T 18708—2002。
《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB／T 18713—2002。
《平板型太阳能集热器》GB／T 6424—2007。
《真空管型太阳能集热器》GB／T 17581—2007。