太陽能熱水系統與建築一體化整合設計

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太陽能熱水系統與建築一體化整合設計與系統集成 在住宅建築中,採用太陽能(與其它輔助能源相結合)為熱源的生活熱水系統集成,包括從策劃定位、施工圖設計到安裝設計與施工、驗收評價的整合過程,在建築、結構、給排水、電氣等專業參與下,使太陽能熱水系統符合住宅工程的設計要求。在這個過程中,應綜合考慮地區資源條件,住宅類型、居民的經濟承受能力、建築平面布局、建築外觀、熱水用量與使用工況、集熱器形式與性能、系統配置、運行方式、安裝方法、接口形式與尺寸、安全性、維修及經濟技術分析等綜合性因素。

太陽能熱水系統集成的變革

隨著太陽能熱水系統與建築一體化政策的普及,住宅建築中採用太陽能熱水系統所要考慮的問題也發生了較大的變化:
(1) 範圍變化:農村→城市,小城市→大城市;
(2) 用戶變化:零星住戶→住宅小區;
(3) 系統變化:單一熱水器→整個熱水系統;
(4) 能源變化:太陽能→太陽能+輔助能源;
(5) 模式變化:熱水器零售商→系統集成的工程公司。

太陽能熱水系統集成的必要性和重要性

而目前太陽能熱水器的規格、尺寸均隨廠家不同而異,這對建築本身的管道、預埋件、產品接口預留等帶來了極大的不便,從而也就影響了建築施工圖的同步一體化設計及接下來的施工安裝、運營維護等一系列問題。
與此同時,太陽能熱水系統相關配套設計規範、標準嚴重滯後。導致設計單位對太陽能熱水系統的產品及部件、技術、施工安裝方案缺乏了解的積極性,進而導致與建築的一體化設計還未完全納入到建築的立項-方案-擴初-施工圖-審圖-反饋-完善的閉合設計流程中。因此,單純的依靠生產企業或設計院進行系統設計、安裝,是難以符合工程的一體化建設要求,也難以保證系統的使用效果。
為此,在接下來的項目實施過程中,幾個必要的服務主體,包括設備廠商、設計院(第三方專項設計諮詢單位)、系統集成商(含設計-施工-運營維護的一站式服務)應是有機的整合,而不是各自為伍,方能實現太陽能熱水系統與建築的真正一體化,一種面向建築全壽命周期的一站式綠色服務
(1) 設備廠商(開發和生產企業):應定位於提供效率高、性能穩定、質量可靠的集熱器、水箱等系統部件,並儘量讓其性能參數、幾何參數標準化和模數化;
(2) 設計院(第三方設計諮詢單位):應統籌考慮集熱器的安裝是與建築最密切相關的,涉及到位置、空間、連線、維護、施工安裝等各方面,應參照建築部件、構件產品工藝特點和構造方式,使其成為建築的有機組成部分;專業化的第三方設計諮詢單位還應兼顧(3)中提到的系統設計內容;
(3) 系統集成商:①系統設計:為適應不同的用戶(工程),應能對系統予以整合或集成,形成多樣化的系統解決方案,尤其是擯棄系統部件的品牌差異對項目的限制條件,即保證系統設計方案對部件產品選擇的兼容性(尤其是集熱器組件)。例如從最簡單的緊湊式熱水系統來看,也應有不同的集熱器型式、安裝方式、儲熱水箱容積配置、加熱方式、控制方式;還有輔助能源,不僅有電、燃氣、燃油、區域熱網等熱源之分,還有快速式、容積式、即熱式等不同配置,設定於系統的不同部位,以及控制方式的區分等;②施工安裝:制定專項的施工組織設計方案,並緊密配合主體施工單位,將熱水系統的整合設計方案予以落實並最大程度上保證實施效果;③運營維護:制定專項的售後及運營維護方案。
在上述幾個主體中,定位於系統集成的工程公司通過工程實踐、總結行之有效的系統模式,為用戶(工程)提供整個熱水系統,而不只是集熱單元或儲熱單元。在這個過程中,工程公司應協調太陽能和建築兩個關聯行業,同時架起設備廠商、設計院、第三方專項設計諮詢單位同最終服務對象(甲方)的溝通橋樑。它本身並不生產集熱器、儲熱水箱等產品,而是致力於為不同類型建築提供最匹配的系統解決方案,包括基於整合設計基礎上的設備選型及配套、最佳化集成技術(而不是簡單疊加)等,在這個過程中,建築本體就如同一台計算機,它需要系統集成商根據不同的產品定位和客戶需求,選擇合適的中央處理系統(集熱系統)、顯示器及終端設備(供熱系統)、滑鼠鍵盤(管路及控制系統)等,在這些部件的選擇過程中,要兼顧其核心功能(提供熱水)、人體工學(建築結構體系)、顯示外觀(建築立面)等,最終“組裝”成一台既能滿足外觀美學,又能實現數據處理、程式運行的“電腦”。

太陽能熱水系統集成的原則

(1) 優先、合理的充分利用太陽能資源,即要體現太陽能熱水系統的節能性。太陽能熱水系統應充分利用收集到的太陽能,並加以利用,除非受天氣條件限制,否者應少用輔助能源。
(2) 設備及部件的模數協調、安裝位置及連線形式,應與建築設計統籌考慮,做到統一規劃、同步設計、合理布局及因地制宜,即體現太陽能熱水系統與建築的適配性。
(3) 系統的安裝應保證安全可靠、維修方便,即體現太陽能熱水系統的安全性。
(4) 提供穩定的熱水供應及良好的運營維護方案,即體現太陽能熱水系統的使用功能。
(5) 設計中應考慮後續建造、運營維護階段的成本分析,即體現經濟性、環保性和合理性原則;

太陽能熱水系統集成評價

住宅太陽能熱水系統的設定除考慮系統類型、輔助熱源的種類和比例、集熱器類型、儲熱水箱容積以及集熱系統的熱性能和居民生活熱水負荷等諸多因素外,其技術經濟性指標還取決於當地的太陽能資源、氣候條件、太陽能系統保證率、太陽能系統利用率、系統增投資回收年限、住區規劃和建築條件、與建築以及其它專業的接口技術等因素。上述因素的權重選擇和組合將產生不同的性價比。一般而言,在方案設計階段,技術經濟性可以作為方案的依據;在建築設計時,能夠指導設計人員綜合考慮各種要素對專業設計的影響和深化;在施工過程中,指導施工安裝單位如何將一體化方案予以落實和完善;在運行過程中,通過實際的運行檢測,包括用能統計,安全評估、系統檢修等,進行系統的運行技術經濟性評價,並反向修正其它階段的評價指標。對於住宅太陽能熱水系統,國內外目前已有相關的評價方法,在綜合了相關資料後,採用全壽命周期的技術經濟性評價,既符合工程建造的物理流程(方案-施工圖-施工安裝-運營維護),符合當前國際上對低碳、綠色建築的分析理念

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