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中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：
能源作为经济和社会发展的重要物质基础，随着我国经济的发展，能源需求出现了一个持续增长的态势，尤其是近年来伴随着我国迅速发展的建筑业同时也带来了建筑能源的迅猛增长。日前建筑能耗已接近全国总能耗的30%，并将持续增加，随着人们生活水平的提高和小康社会的建设，人们对生活热水的需求量越来越大，在我国发达地区的住宅中其生活热水能耗已占到建筑总能耗的15-20%，而我国既是一个煤炭、石油以及天然气等常规能源消耗的大国，又是常规能源资源短缺的国家，以常规能源为主的能源结构产生大量的污染物，给我国整体环境造成了巨大的污染，一次性能源为主的能源开发利用模式与生态环境矛盾的日益激化，使人类社会的可持续发 展受到严峻挑战。因此，大力开发利用清洁可再生能源--太阳能，是优化能源结构，改善环境,促进经济社会可持续发展的战略之一。
一、系统选择
我国城市住宅大多以多层、小高层、高层住宅为主，发达国家的太阳能热水系统的技术在我国并不适用。尽管我国是太阳能热水器生产的第一大国，也是民用建筑发展最快，规模最大的国家，但人均太阳能集热面积仅为日本、以色列等国的1/20，况且目前大多为一家一户的分散热水供应，多为建筑后期个体安装，且多为无序安装状态，太阳能热水器的设计、生产、安装与建筑存在着严重脱节状态，太阳能资源的利用率极低。当务之急是如何综合考虑地区资源条件，住宅类型，居民的经济能力，平面布局，建筑外觀，热水用量及使用工况，集热器形式与性能，系统配置，运行方式，安装方法，接口形式与大小，安全性，维修以及经济技术等因素，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，经技术经济比较设计出合理的住宅太阳能热水供应系统，及相应的配套产品，使住宅太阳能热水系统安全可靠，性能稳定,与建筑和周围环境协调统一。
（一）太阳能目前现状
在太阳能利用领域，包括光电与光热两大部分，其中光热技术是最成熟，应用范围最广泛， 产业化发展最兴旺的领域之一，其可靠的技术性能以及明显的经济性能，正日益为大家所接受。 在世界范围内我国已是太阳能热水器生产的第一大国，但与发达国家相比，人均集热面积官方数据不到0.06㎡，急需在太阳能热水器与建筑一体化的整合发展中寻求突破。
（二）太阳能热水器在住宅中的现状
随着太阳能热水器在城市普及率的不断提高,由事后安装、无序安装这种使用方式所带来的一系列问题与矛盾也逐渐显现。例如影响建筑物外观和城市景观，破坏了房屋的使用功能，无序不规范的安装也产生了一些安全隐患，最大的制约因素是由于大多数住宅小区容积率偏高，住宅间的问距偏小，按日照分析得到的数据，分散的太 阳能热水系统，仅住宅高区极少数的楼层能满足冬至日太阳能热水器日照4小时的要求，目前状况是住宅仅仅顶层住户在安装使用太阳能热水器，人均太阳能利用率极低，让每家每户都能享受及充分利用太阳能资源，这正是住宅太阳能热水器系统整合设计所面临与解决的重大问题。
（三）太阳能热水器在住宅中的设置位置
从住宅建筑与太阳能一体化的角度考虑，太阳能集热器结合建筑可布置在屋面、墙面及每家每户的朝南的阳台围栏、空调外机板上等位置，从理论上来讲，太阳能集热器设置在上述位置及低密度独立式或联排式低层住宅都是不错的选择，而分散布置太阳能集热器，依据目前的小区住宅标准、住宅的朝向、日照标准、房屋间距等来看对于新乡及至全国实际情况来讲，开发商要达到其最大的经济效益，一般住宅的容积率相对偏高，多层住宅间的间层间距最多仅为住宅建筑高度的1倍，小高层间距在40米左右。太阳能集热器设置在阳台，空调室外机挑板上，外墙上等位置，多层及高层住宅中低区住户都不能满足《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中每家每户集热器年均每天日照时数不少于4小时的规范要求，即使是住宅高区住户，满足了日照4小时的光照，但由于集热器安装角度的限制，设置在外墙面、檐口、阳台以及建筑雨蓬、遮阳板等位置,从理论上来讲，需补偿一定数量的集热面积，造成一次性投资增加，热利用率降低，另外如何保障集热器的安全防护及住户的安全也是一大难题。
分散布置太阳能集热器，除住宅上部能满足上述要求外，多层住宅的下部，高层住宅的中下部大多很难满足要求，太阳能资源的利用率极低。而集中放置在屋面，虽然能满足日照时数的要求,但实际操作中分散式太阳能热水系统每户上下两根管道要增加管道井的位置，尤其是住宅下部至屋面管线过长，要散发大量的热量，并且在使用过程中要放掉大量的管道中的冷水，与节水节能相违背，如何最大限度的充分利用太阳能资源，让每家每户都能享受绿色清洁可再生能源，唯一实际实用的位置就是将太阳能集热器布置在屋面上，采用集中集热的形式。
（四）集中集热-分户储热太阳能系统介绍
集中集热、分户储热式太阳能热水系统是指将太阳能集热器集中、统一规划安装成为一个系统，储水箱、辅助保障系统按终端用户为单位独立设置的太阳能热水系统。
系统示意图
水箱特点：
1、盘管换热。
2、搪瓷内胆，承压、耐腐蚀。
3、辅助热源。
4、系统安全可靠。
分户储热水箱 集热器统一布局
系统特点：
1、集热器安装在楼顶层，不影响建筑外观；
2、集热器统一安装，集热循环管路少，水箱容积小，占用公共空间面积小；
3、热水系统供应为分户式，储水、辅助加热均在户内，减少了辅助系统、供水系统的运行费用及热损失；
4、热水系统分户供应，无热水计费、辅助电费计量收取问题；
（五）太阳能集中集热-分户储热系统的设置原则
1、太阳能热水系统设计与建筑设计同步进行，集热器应作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，做到造型美观，构件耐用，安装、维护方便。
2、充分利用太阳能资源，24小时为住宅每家每户提供生活热水，采用成熟的太阳能热水技术，控制成本，避免复杂的后期运行维护管理。
3、进行经济技术分析，达到节地、节水、节能、安全、卫生、环保的要求。
4、集热器及其部件标准化、模式化便于维修更新。
二、太阳能集热水系统热面积计算
（一）用水量
1、热水用水量标准:30升/人・ 天(55℃)
住宅每户平均按2.5人考虑
Qmaxday2=30×2.5=75L/d
每户住宅设80升水箱
2、直接式太阳能集热系统面积的确定
每户80L/d .
Ac=
式中:
Ac一直接系统集热器采光面积，㎡;
Qw~日均用水量，80kg;
tend一储水箱内水的终止温度55℃;
Cw一水的定压比热容，4.187KJ/(kg・ ℃);
p一热水密度，(kg/L);
ti一水的初始温度10℃;
J ——倾角等于当地纬度时，冬至日倾斜表面平均日太阳辐照量（MJ/㎡·d），取12.24MJ/㎡·d；
f-太阳能保证率50%;
ηcd一集热器全日集热效率，取值为50%;
ηL--管路及储水箱热损失率，此处取 20%。
则太阳能集热面积:
Ac=㎡
（二）间接系统集热器面积计算
间接系统集热器总面积：
式中：——间接加热系统的太阳能集热器总面积，m2；
——直接加热系统太阳能集热器总面积，m2；
——集热器总热损系数，W/（㎡·℃）；
对平板型集热器，宜取4-6 W/（㎡·℃）；
——换热器传热系数，W/（㎡·℃）；320
——换热器传热面积，㎡；取0.7㎡
Ac＝1.57㎡
三、 太阳能集中热水系统原理说明
（一）以往集中太阳能热水系统存在的弊端
过去集中式太阳能热水系统大多采用的是集中集热，分户计量的模式，采用热水表计量，这其中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的分摊，往往导致用户的不接受。
（二）集中集热-分户储热系统的特点
设计思路:一是要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; 二是系统要简单合理，尤其是不增加用户的麻烦; 三是保证水质与安全，唯有如此，节能环保的太阳能热水系统才是有推广与应用的价值。
（三）系统集热器设计
1、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.
2、集热器连接:集热器数量较多，为减少阻力，所以采用并联连接;集热器数量较少，采用串联连接。
3、基座:混凝土基座。 支架采用热镀锌4号角钢、抗风设计，与基座牢固连接、抗台风能力强。
4、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，其它时间就不会遮挡。
L=HxCa=1.4H s
式中：
L=前后排间距：H=集热器高度，
a----當地冬至日正午太阳高度角。
考虑到楼面的安装位置，本次系统采用联排前后布置，不影响楼体外观整体效果。
（四）系统简介
本系统采用集中集热，每户户型设置相同容积的交换水箱，将太阳能集热器产生的热水 供交换水箱换热后回到太阳能储热水箱，交换水箱出水温度设置在55℃，如遇阴天出水温度低于55℃时，由住户自行(手动或自动)启用交换水箱的 电加热装置或交换水箱出水后接燃气热水器，本系统最大特点，不涉及水、电、煤计量问题，系统简单合理，采用两次换热，水质卫生、安全。
下图为畅想剑桥城高层住宅集中式太阳能热水系统平面系统原理。
该栋18层，计64户，平均每户2m2太阳能
集中集热、分户储热太阳能热水系统运行原理图
（五）系统控制、运行说明
T1集热器出水口温度;
T2循环管底部的温度;
T3交换水箱内热水温度。
1、温差集热循环
Tl-T2＞5℃时，循环泵P1与P2启动，集热水箱内热媒（防冻液）与户内储热水箱的水不断进行热交换，当两者温度小于5℃ 时循环泵停止工作。 此过程不断循环，直到户内水箱温度达到设定温度。
2、防冻循环
太阳能集热系统循环热媒为乙二醇（防冻液），浓度35%，冰点温度-20℃，在冬季系统可以可靠运行；屋面换热循环管路屋面部分采用电伴热带。
3、过热保护
当集热水箱T2≥65℃时，关闭循环泵P1与P2停止。
4、防腐
空气中含有氯离子，会对金属结构造成比较 严莺的腐蚀，对系统中所用金属材料均采取防腐措施。
5、防雷
为防止雷电伤人，系统中钢结构支架与建筑 物接地系统可靠连接。
6、防风
集热器与支架的安装按图集规范安装。集热 水箱为确保安全，防止滑脱，其与底座应固定可万方数据靠。
7、接地 所有电器设备及电气设备相连接的金属部件 应做接地处理。
8、保温 所有明露管道及集热水箱均作保温处理。
四、经济节能效益分析
（一）太阳能水温按10℃计算，每人每天耗热量5.65MJ.
如果每天洗浴一次，则每人每年耗热最约2034MJ。太阳能(人均配0.6㎡集热器)，太阳能平均的集热效率以50%计，以新乡地区太阳能年辐照量 5222.5MJ/㎡a为例，年平均计算太阳能热水系统最少保热量1696MJ/㎡，年太阳能热水系统节能率约 (扣除系统运行中的热损失35%)为33%。
各种热水器的淋浴费用比较
一次淋浴太阳能、电、燃气热水器每次淋浴的加热 耗能以每人每天热水定额为30L(55℃)热水，自浴的热耗量: 设定洗浴水温40℃，冷水温度10℃，一次淋浴需要30L,则耗热量: Q=30x(40-10)x4.187=3.77MJ =1.05KWh
(1)使用太阳能热水器每次淋浴的加热费用
①80L的太阳能热水器配1.7㎡集热器，以新乡为例，新乡地区纬度倾角平面年总辐照量 5222.5MJ/㎡a。集热效率为50%计算，则每l㎡集热器每年得热量为1696MJ约等于471KWh，则该热水器一年的得热量为: 471x1.7=801Kwh, 一年可以淋浴的次数为: 801Kwh/1.05Kwh=763次
推算一年淋浴763次，按照每次淋浴用水 30L计算，该套产品可以提供3口之家每人每周淋浴3次，所以，以每户每年淋浴763次作为设计条件，进行电、燃气热水器淋浴费用的计算比较。
②设一套太阳能热水器的平均使用寿命为20年，在使用周期内共可以淋浴763x20=15260次。
③设一套集中太阳能热水系统分摊到每户的投资为6500元，则每次淋浴的加热费用为设备的折旧费用6500/15260=0.43元。
使用燃气热水器每次淋浴的加热费用:
①每次淋浴的耗气量:
燃气热水器的热效率取80%，
天然气热值取 35MJ/m3。
则每次淋浴的耗气量为: 0.1/80%=0.13m3
②每次淋浴的燃料费:
新乡天然气的费用2.0元/m3，
每次淋浴的燃料费0.13x2.00=0.26元。
③设一套燃气容积式热水器的投资为3000元 在其使用周期内，以十年试用寿命计，住户共淋浴7630次。
每次淋浴的设备折旧费3000/7630=0.39元;
每次淋浴的加热费用0.26+0.39=0.65元。
(3)使用电加热器每次淋浴的加热费用
①每次淋浴的耗电量:电热水器的热效率取 90%，则每次淋浴的耗电量为1.05/90%=1.2Kwh。
每次淋浴的电费:新乡的电费为0.61元/KWH。 每次淋浴的电费0.61x1.2=0.73元。
③每次淋浴的设备折旧费: 设一套储水式电热器的投资为2000元，在其使用周期内以十年使用寿命计住户淋浴7630次。
每次淋浴的没备折旧费2000/7630=0.26元;
每次淋浴的加热费用0.73+0.26=0.99元。
.太阳能热水器投资回收年限计算
太阳能热水器每户年节约能源量
①每户3口之家，配1.7㎡集热器，在新乡该集热器一年的得热量为2883MJ，折合电量801KWH，当居民充分使用太阳能时，该值就是太阳能热水器年节约能源量。
②电热水器的热效率取90%，以提供2883MJ热量供居民淋浴，则需耗电: 801/90%=890KWH
③燃气热水器的热效率取80%，以提供2883MJ热量供居民淋浴，则需消耗热量: 2883/80%=3603MJ
天然气低发热量值为35MJ/Nm3，
耗气量为:3603÷35=103m3
(2)太阳能热水器年节约运行费
新乡天然气的费用2.0元/m3，电费为0.61元/Kwh。
①相对于电热水器，太阳能热水器年节约运行费: 890x0.61=543元
②相对于燃气热水器，太阳能热水器年节约运行费: 103x2.0=206元
增加投资的回收年限
①太阳能热水器比电热水器增投资4500元， 回收年限: 4500/1083=4.2年
②太阳能热水器比燃气热水器增投资3000 元，回收年限: 3000/412=7.3年
五、太阳能热水系统环保效益评估
太阳能热水系统的环保效益主要体现在因节 省常规能源而减少了C02的排放量以一户安装1.7㎡集热面积计:
Qw=Ac×JT×ηcd (1-ηL) =1.7x5222.5x(1-35%)x50%=2885MJ
Qco2=
则20年内每户二氧化碳的减排量约为4.58吨，每户年节约能量约为:2885MJ。
六、结束语
当今世界能源，气候变化和环境在内的诸多问题13益凸现，已成为各国面临的共同挑战。二十一世纪的中国必须应对在保证经济持续稳定增长的同时，消除能源消费结构不合理造成的环境破坏和温室气体的过分排放，降低经济发展的真实成本。资源節约作为中央“十・ 一五”规划的重点工作，已明确提出两项相关目标:一是到2010年确定单位GDP能耗下降20%;二是确定主要污染物的(包括二氧化碳)排放量下降10%，并提出要建设资源节约型和环境友好型社会的目标，我国第一部《可再生能源法》从2006年1月13日已正式实施，在目前日益紧张的能源市场，在新建住宅小区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。
能源作为经济和社会发展的重要物质基础，随着我国经济的发展，能源需求出现了一个持续增长的态势，尤其是近年来伴随着我国迅速发展的建筑业同时也带来了建筑能源的迅猛增长。日前建筑能耗已接近全国总能耗的30%，并将持续增加，随着人们生活水平的提高和小康社会的建设，人们对生活热水的需求量越来越大，在我国发达地区的住宅中其生活热水能耗已占到建筑总能耗的15-20%，而我国既是一个煤炭、石油以及天然气等常规能源消耗的大国，又是常规能源资源短缺的国家，以常规能源为主的能源结构产生大量的污染物，给我国整体环境造成了巨大的污染，一次性能源为主的能源开发利用模式与生态环境矛盾的日益激化，使人类社会的可持续发 展受到严峻挑战。因此，大力开发利用清洁可再生能源--太阳能，是优化能源结构，改善环境,促进经济社会可持续发展的战略之一。
一、系统选择
我国城市住宅大多以多层、小高层、高层住宅为主，发达国家的太阳能热水系统的技术在我国并不适用。尽管我国是太阳能热水器生产的第一大国，也是民用建筑发展最快，规模最大的国家，但人均太阳能集热面积仅为日本、以色列等国的1/20，况且目前大多为一家一户的分散热水供应，多为建筑后期个体安装，且多为无序安装状态，太阳能热水器的设计、生产、安装与建筑存在着严重脱节状态，太阳能资源的利用率极低。当务之急是如何综合考虑地区资源条件，住宅类型，居民的经济能力，平面布局，建筑外觀，热水用量及使用工况，集热器形式与性能，系统配置，运行方式，安装方法，接口形式与大小，安全性，维修以及经济技术等因素，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，经技术经济比较设计出合理的住宅太阳能热水供应系统，及相应的配套产品，使住宅太阳能热水系统安全可靠，性能稳定,与建筑和周围环境协调统一。
（一）太阳能目前现状
在太阳能利用领域，包括光电与光热两大部分，其中光热技术是最成熟，应用范围最广泛， 产业化发展最兴旺的领域之一，其可靠的技术性能以及明显的经济性能，正日益为大家所接受。 在世界范围内我国已是太阳能热水器生产的第一大国，但与发达国家相比，人均集热面积官方数据不到0.06㎡，急需在太阳能热水器与建筑一体化的整合发展中寻求突破。
（二）太阳能热水器在住宅中的现状
随着太阳能热水器在城市普及率的不断提高,由事后安装、无序安装这种使用方式所带来的一系列问题与矛盾也逐渐显现。例如影响建筑物外观和城市景观，破坏了房屋的使用功能，无序不规范的安装也产生了一些安全隐患，最大的制约因素是由于大多数住宅小区容积率偏高，住宅间的问距偏小，按日照分析得到的数据，分散的太 阳能热水系统，仅住宅高区极少数的楼层能满足冬至日太阳能热水器日照4小时的要求，目前状况是住宅仅仅顶层住户在安装使用太阳能热水器，人均太阳能利用率极低，让每家每户都能享受及充分利用太阳能资源，这正是住宅太阳能热水器系统整合设计所面临与解决的重大问题。
（三）太阳能热水器在住宅中的设置位置
从住宅建筑与太阳能一体化的角度考虑，太阳能集热器结合建筑可布置在屋面、墙面及每家每户的朝南的阳台围栏、空调外机板上等位置，从理论上来讲，太阳能集热器设置在上述位置及低密度独立式或联排式低层住宅都是不错的选择，而分散布置太阳能集热器，依据目前的小区住宅标准、住宅的朝向、日照标准、房屋间距等来看对于新乡及至全国实际情况来讲，开发商要达到其最大的经济效益，一般住宅的容积率相对偏高，多层住宅间的间层间距最多仅为住宅建筑高度的1倍，小高层间距在40米左右。太阳能集热器设置在阳台，空调室外机挑板上，外墙上等位置，多层及高层住宅中低区住户都不能满足《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中每家每户集热器年均每天日照时数不少于4小时的规范要求，即使是住宅高区住户，满足了日照4小时的光照，但由于集热器安装角度的限制，设置在外墙面、檐口、阳台以及建筑雨蓬、遮阳板等位置,从理论上来讲，需补偿一定数量的集热面积，造成一次性投资增加，热利用率降低，另外如何保障集热器的安全防护及住户的安全也是一大难题。
分散布置太阳能集热器，除住宅上部能满足上述要求外，多层住宅的下部，高层住宅的中下部大多很难满足要求，太阳能资源的利用率极低。而集中放置在屋面，虽然能满足日照时数的要求,但实际操作中分散式太阳能热水系统每户上下两根管道要增加管道井的位置，尤其是住宅下部至屋面管线过长，要散发大量的热量，并且在使用过程中要放掉大量的管道中的冷水，与节水节能相违背，如何最大限度的充分利用太阳能资源，让每家每户都能享受绿色清洁可再生能源，唯一实际实用的位置就是将太阳能集热器布置在屋面上，采用集中集热的形式。
（四）集中集热-分户储热太阳能系统介绍
集中集热、分户储热式太阳能热水系统是指将太阳能集热器集中、统一规划安装成为一个系统，储水箱、辅助保障系统按终端用户为单位独立设置的太阳能热水系统。
系统示意图
水箱特点：
1、盘管换热。
2、搪瓷内胆，承压、耐腐蚀。
3、辅助热源。
4、系统安全可靠。
分户储热水箱 集热器统一布局
系统特点：
1、集热器安装在楼顶层，不影响建筑外观；
2、集热器统一安装，集热循环管路少，水箱容积小，占用公共空间面积小；
3、热水系统供应为分户式，储水、辅助加热均在户内，减少了辅助系统、供水系统的运行费用及热损失；
4、热水系统分户供应，无热水计费、辅助电费计量收取问题；
（五）太阳能集中集热-分户储热系统的设置原则
1、太阳能热水系统设计与建筑设计同步进行，集热器应作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，做到造型美观，构件耐用，安装、维护方便。
2、充分利用太阳能资源，24小时为住宅每家每户提供生活热水，采用成熟的太阳能热水技术，控制成本，避免复杂的后期运行维护管理。
3、进行经济技术分析，达到节地、节水、节能、安全、卫生、环保的要求。
4、集热器及其部件标准化、模式化便于维修更新。
二、太阳能集热水系统热面积计算
（一）用水量
1、热水用水量标准:30升/人・ 天(55℃)
住宅每户平均按2.5人考虑
Qmaxday2=30×2.5=75L/d
每户住宅设80升水箱
2、直接式太阳能集热系统面积的确定
每户80L/d .
Ac=
式中:
Ac一直接系统集热器采光面积，㎡;
Qw~日均用水量，80kg;
tend一储水箱内水的终止温度55℃;
Cw一水的定压比热容，4.187KJ/(kg・ ℃);
p一热水密度，(kg/L);
ti一水的初始温度10℃;
J ——倾角等于当地纬度时，冬至日倾斜表面平均日太阳辐照量（MJ/㎡·d），取12.24MJ/㎡·d；
f-太阳能保证率50%;
ηcd一集热器全日集热效率，取值为50%;
ηL--管路及储水箱热损失率，此处取 20%。
则太阳能集热面积:
Ac=㎡
（二）间接系统集热器面积计算
间接系统集热器总面积：
式中：——间接加热系统的太阳能集热器总面积，m2；
——直接加热系统太阳能集热器总面积，m2；
——集热器总热损系数，W/（㎡·℃）；
对平板型集热器，宜取4-6 W/（㎡·℃）；
——换热器传热系数，W/（㎡·℃）；320
——换热器传热面积，㎡；取0.7㎡
Ac＝1.57㎡
三、 太阳能集中热水系统原理说明
（一）以往集中太阳能热水系统存在的弊端
过去集中式太阳能热水系统大多采用的是集中集热，分户计量的模式，采用热水表计量，这其中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的分摊，往往导致用户的不接受。
（二）集中集热-分户储热系统的特点
设计思路:一是要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; 二是系统要简单合理，尤其是不增加用户的麻烦; 三是保证水质与安全，唯有如此，节能环保的太阳能热水系统才是有推广与应用的价值。
（三）系统集热器设计
1、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.
2、集热器连接:集热器数量较多，为减少阻力，所以采用并联连接;集热器数量较少，采用串联连接。
3、基座:混凝土基座。 支架采用热镀锌4号角钢、抗风设计，与基座牢固连接、抗台风能力强。
4、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，其它时间就不会遮挡。
L=HxCa=1.4H s
式中：
L=前后排间距：H=集热器高度，
a----當地冬至日正午太阳高度角。
考虑到楼面的安装位置，本次系统采用联排前后布置，不影响楼体外观整体效果。
（四）系统简介
本系统采用集中集热，每户户型设置相同容积的交换水箱，将太阳能集热器产生的热水 供交换水箱换热后回到太阳能储热水箱，交换水箱出水温度设置在55℃，如遇阴天出水温度低于55℃时，由住户自行(手动或自动)启用交换水箱的 电加热装置或交换水箱出水后接燃气热水器，本系统最大特点，不涉及水、电、煤计量问题，系统简单合理，采用两次换热，水质卫生、安全。
下图为畅想剑桥城高层住宅集中式太阳能热水系统平面系统原理。
该栋18层，计64户，平均每户2m2太阳能
集中集热、分户储热太阳能热水系统运行原理图
（五）系统控制、运行说明
T1集热器出水口温度;
T2循环管底部的温度;
T3交换水箱内热水温度。
1、温差集热循环
Tl-T2＞5℃时，循环泵P1与P2启动，集热水箱内热媒（防冻液）与户内储热水箱的水不断进行热交换，当两者温度小于5℃ 时循环泵停止工作。 此过程不断循环，直到户内水箱温度达到设定温度。
2、防冻循环
太阳能集热系统循环热媒为乙二醇（防冻液），浓度35%，冰点温度-20℃，在冬季系统可以可靠运行；屋面换热循环管路屋面部分采用电伴热带。
3、过热保护
当集热水箱T2≥65℃时，关闭循环泵P1与P2停止。
4、防腐
空气中含有氯离子，会对金属结构造成比较 严莺的腐蚀，对系统中所用金属材料均采取防腐措施。
5、防雷
为防止雷电伤人，系统中钢结构支架与建筑 物接地系统可靠连接。
6、防风
集热器与支架的安装按图集规范安装。集热 水箱为确保安全，防止滑脱，其与底座应固定可万方数据靠。
7、接地 所有电器设备及电气设备相连接的金属部件 应做接地处理。
8、保温 所有明露管道及集热水箱均作保温处理。
四、经济节能效益分析
（一）太阳能水温按10℃计算，每人每天耗热量5.65MJ.
如果每天洗浴一次，则每人每年耗热最约2034MJ。太阳能(人均配0.6㎡集热器)，太阳能平均的集热效率以50%计，以新乡地区太阳能年辐照量 5222.5MJ/㎡a为例，年平均计算太阳能热水系统最少保热量1696MJ/㎡，年太阳能热水系统节能率约 (扣除系统运行中的热损失35%)为33%。
各种热水器的淋浴费用比较
一次淋浴太阳能、电、燃气热水器每次淋浴的加热 耗能以每人每天热水定额为30L(55℃)热水，自浴的热耗量: 设定洗浴水温40℃，冷水温度10℃，一次淋浴需要30L,则耗热量: Q=30x(40-10)x4.187=3.77MJ =1.05KWh
(1)使用太阳能热水器每次淋浴的加热费用
①80L的太阳能热水器配1.7㎡集热器，以新乡为例，新乡地区纬度倾角平面年总辐照量 5222.5MJ/㎡a。集热效率为50%计算，则每l㎡集热器每年得热量为1696MJ约等于471KWh，则该热水器一年的得热量为: 471x1.7=801Kwh, 一年可以淋浴的次数为: 801Kwh/1.05Kwh=763次
推算一年淋浴763次，按照每次淋浴用水 30L计算，该套产品可以提供3口之家每人每周淋浴3次，所以，以每户每年淋浴763次作为设计条件，进行电、燃气热水器淋浴费用的计算比较。
②设一套太阳能热水器的平均使用寿命为20年，在使用周期内共可以淋浴763x20=15260次。
③设一套集中太阳能热水系统分摊到每户的投资为6500元，则每次淋浴的加热费用为设备的折旧费用6500/15260=0.43元。
使用燃气热水器每次淋浴的加热费用:
①每次淋浴的耗气量:
燃气热水器的热效率取80%，
天然气热值取 35MJ/m3。
则每次淋浴的耗气量为: 0.1/80%=0.13m3
②每次淋浴的燃料费:
新乡天然气的费用2.0元/m3，
每次淋浴的燃料费0.13x2.00=0.26元。
③设一套燃气容积式热水器的投资为3000元 在其使用周期内，以十年试用寿命计，住户共淋浴7630次。
每次淋浴的设备折旧费3000/7630=0.39元;
每次淋浴的加热费用0.26+0.39=0.65元。
(3)使用电加热器每次淋浴的加热费用
①每次淋浴的耗电量:电热水器的热效率取 90%，则每次淋浴的耗电量为1.05/90%=1.2Kwh。
每次淋浴的电费:新乡的电费为0.61元/KWH。 每次淋浴的电费0.61x1.2=0.73元。
③每次淋浴的设备折旧费: 设一套储水式电热器的投资为2000元，在其使用周期内以十年使用寿命计住户淋浴7630次。
每次淋浴的没备折旧费2000/7630=0.26元;
每次淋浴的加热费用0.73+0.26=0.99元。
.太阳能热水器投资回收年限计算
太阳能热水器每户年节约能源量
①每户3口之家，配1.7㎡集热器，在新乡该集热器一年的得热量为2883MJ，折合电量801KWH，当居民充分使用太阳能时，该值就是太阳能热水器年节约能源量。
②电热水器的热效率取90%，以提供2883MJ热量供居民淋浴，则需耗电: 801/90%=890KWH
③燃气热水器的热效率取80%，以提供2883MJ热量供居民淋浴，则需消耗热量: 2883/80%=3603MJ
天然气低发热量值为35MJ/Nm3，
耗气量为:3603÷35=103m3
(2)太阳能热水器年节约运行费
新乡天然气的费用2.0元/m3，电费为0.61元/Kwh。
①相对于电热水器，太阳能热水器年节约运行费: 890x0.61=543元
②相对于燃气热水器，太阳能热水器年节约运行费: 103x2.0=206元
增加投资的回收年限
①太阳能热水器比电热水器增投资4500元， 回收年限: 4500/1083=4.2年
②太阳能热水器比燃气热水器增投资3000 元，回收年限: 3000/412=7.3年
五、太阳能热水系统环保效益评估
太阳能热水系统的环保效益主要体现在因节 省常规能源而减少了C02的排放量以一户安装1.7㎡集热面积计:
Qw=Ac×JT×ηcd (1-ηL) =1.7x5222.5x(1-35%)x50%=2885MJ
Qco2=
则20年内每户二氧化碳的减排量约为4.58吨，每户年节约能量约为:2885MJ。
六、结束语
当今世界能源，气候变化和环境在内的诸多问题13益凸现，已成为各国面临的共同挑战。二十一世纪的中国必须应对在保证经济持续稳定增长的同时，消除能源消费结构不合理造成的环境破坏和温室气体的过分排放，降低经济发展的真实成本。资源節约作为中央“十・ 一五”规划的重点工作，已明确提出两项相关目标:一是到2010年确定单位GDP能耗下降20%;二是确定主要污染物的(包括二氧化碳)排放量下降10%，并提出要建设资源节约型和环境友好型社会的目标，我国第一部《可再生能源法》从2006年1月13日已正式实施，在目前日益紧张的能源市场，在新建住宅小区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。