阳台太阳能系统与建筑结合设计案例分析
1 引言
在中高层住宅中可采用的太阳能热水系统的三大类型有集中供热水系统、集中-分散供热水系统和分散供热水系统。集中式存在供热水分区问题，集中分散式投资高问题，同时二者都需要屋面有足够的集热器安装面积等问题，因此阳台式热水器以系统简单、与建筑完美结合等特点成为民用中高层建筑太阳能应用的优选方案。
然而，由于阳台式太阳能热水系统的集热器是安装在阳台外墙上的，安装方式不合理或者安装时偷工减料都会导致集热器坠落，造成很大的安全隐患。近年来，阳台式太阳能热水系统的集热器脱落坠落事件多次发生，不得不引起太阳能企业和建筑设计单位的重视，太阳能与建筑一体化设计，同步规划，同步设计势在必行。建筑设计时要充分考虑太阳能热水系统的特点，在保证系统热性能的情况下，更要注重安全问题。
河北张家口水云华庭小区阳台式太阳能热水系统工程在太阳能与建筑相结合设计方面提供了借鉴意义。
2 阳台式太阳能热水系统工作原理
桑普阳台式太阳能热水系统为集热部分(集热器)和储热部分(水箱)相分离的分体式系统。系统由四部分组成：集热器、水箱、循环管路和控制器。集热器挂在南侧阳台外壁或壁上吸收太阳能，水箱固定在阳台内的承重墙上，集热器和水箱之间通过循环管路连接。
集热器吸收太阳能辐射能转化为热能，将热量传递给集热器内的防冻液，防冻液温度升高后，自然向上循环至水箱换热结构，与水箱之间进行换热，达到加热水的目的。防冻液与水箱换热的过程中，温度下降，自然循环至集热器中，形成集热循环过程。自然循环无需外部动力，系统依靠集热器和水箱中的介质温度不同产生的密度差进行的循环(热虹吸循环)，将储热水箱中的水不断加热。
水箱里有辅助能源电加热，当水箱温度未达到用户使用要求时可以通过电加热加热水箱中的水。电加热自动控制可手动操作。
系统防冻：集热器、水箱和集热器和水箱之间的管路充满防冻介质，实现系统防冻。
系统承压运行，用户打开用水末端，即可使用热水。
3 阳台式太阳能热水系统设计安装要点
3.1 集热器的型式选择与安装方式
阳台式太阳能热水器主要分为平板式和玻璃管式两种，采用平板集热器作为集热元件，与玻璃管式相比，采光面积大，热效率高，金属流道，能承压运行，金属外壳，钢化玻璃盖板，集热器不易损坏，使用寿命长，模块结构，整体性好，安全性高，更好地与建筑相结合，美观性强。
集热器与墙面的安装方式有直立式和倾斜式两种。垂直式是集热器与墙面平行，与墙面结合紧密，外观具有一定的装饰效果，但热效率低；倾斜式是集热器与墙面有一定的角度，外观装饰效果不如直立式，但接受太阳照射效果好。
国标GB50364 推荐阳台式太阳能热水系统的集热器要有角度安装。
设计安装时要充分考虑支架与预埋件的固定、集热器与墙面结合处管道穿墙的放水措施、管线隐蔽埋设及安装检修措施。
在建筑外墙按集热器长度分段增加挑板，对防止集热器损坏坠落有一定效果。
3.2 储热水箱的选择与安装
阳台式太阳能热水系统的储热水箱有夹套和盘管两种，由于该系统是自然循环，建议采用立式搪瓷内胆夹套水箱。夹套水箱独有的水箱内胆夹套换热专利技术实现了换热夹套对内胆的全范围整体包裹式加热，换热迅速，均匀，永不结垢。杜绝了传统的局部加热，局部高温——结垢造成的集热效率降低，使用寿命缩短的现象。
储热水箱采用立式搪瓷内胆夹套水箱，具有以下特点：
1. 夹套式结构，360 度循环换热，增大换热面积，热效率高；
2. 钛金特护内胆、耐腐蚀、耐高压、抗疲劳；
3. 彻底实现水电隔离，双级超温自动断电保护系统，真正实现双重保护；
4. 水压冲，可多点供水，舒适性强；
5. 能承压运行，能承受8 ㎏压力。
储热水箱一般安装在阳台内侧墙一角落里，不影响使用空间。水箱安装前，应确认墙体能承受水箱装满水后总重的4倍，否则应采取加固措施。同时，水箱的安装位置应保证水箱的下循环管高于集热器的顶部300 mm 以上；并且距离集热器的连管长度不大于2500mm。水箱附近要有插电加热的电源插头及排水地漏，如无地漏，应将安全阀的排水口引到地漏附近。
3.3 循环管路的选择与安装
集热器与水箱的连接管路采用φ16 的紫铜管或不锈钢波纹管，不管采用哪种循环管路，由于换热方式采用自然循环，就要求管路要圆滑，避免急转弯，保证循环畅通，同时，从集热器到水箱始终为上行坡度，不得有反坡。
4 工程案例概况
河北张家口水云华庭小区项目位于河北张家口，该工程安装阳台式太阳能热水系统，共418 套。水箱为立式夹套水箱，规格为100L，水箱安装在阳台内墙一角落里，不影响使用空间；集热元件为平板集热器，更好地与建筑相结合，美观性强。
在安装形式上，集热器为有角度安装，热效率高，同时集热器直接放置在阳台“外置搁置台”上，后支架与墙固定，安全可靠，对防止集热器损坏坠落起到防护作用，为阳台式太阳能热水器的安装和安装阳台式太阳能热水器的建筑设计提供了示范作用。
5 运行及安装图片
该项目2010 年建成，系统已运行6 年多的时间，效果良好，满足了用户的要求，并达到了节能减排的目的。
项目安装图
来源：《中国太阳能工程》杂志
作者:北京市太阳能研究所集团有限公司/ 律翠萍
