集中集熱-分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)的實例分析

潘雷

山東同圓設(shè)計集團有限公司

1 前言

隨著政府對太陽能的熱利用推廣力度日益加大，全國各地相繼制定了相關(guān)的強制政策。因此，開發(fā)商在樓盤的開發(fā)過程中也將安裝太陽能熱水系統(tǒng)作為重點來考慮，如何在高層住宅中合理有效利用太陽能是廠家及工程設(shè)計人員需要考慮的問題。對于高層住宅，目前采用的太陽能熱水系統(tǒng)[1～2]有：陽臺壁掛式分體太陽能系統(tǒng)、集中集熱集中供熱系統(tǒng)、集中集熱-分戶儲熱系統(tǒng)。由于高層住宅對外立面要求較高，陽臺壁掛式分體太陽能系統(tǒng)的使用有一定的局限性；集中集熱集中供熱系統(tǒng)對后期物業(yè)要求較為苛刻，且對于高層住宅（12層以上）底層用戶熱水管路存在超壓的可能。因此，集中集熱-分戶儲熱系統(tǒng)是目前高層住宅中比較常用的太陽能熱水形式，本文結(jié)合日照某高層住宅，對此種太陽能系統(tǒng)的特點及使用要求進行了分析。

2 集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)特點及管路設(shè)計

2.1 集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)特點

集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)是將集熱器在建筑屋面集中放置，每戶配置一套獨立的貯熱水箱，貯熱水箱內(nèi)置換熱裝置和電輔助加熱裝置，系統(tǒng)循環(huán)裝置、控制裝置、定壓設(shè)備集中放置在設(shè)備間或樓頂。太陽能集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能貯存在熱媒水中，系統(tǒng)循環(huán)裝置將熱媒水輸送至每戶貯熱水箱，通過貯熱水箱中的換熱裝置將熱能傳遞給每戶貯熱水箱中的生活熱水，換熱之后的低溫熱媒水流回集熱器繼續(xù)加熱，通過往復(fù)間斷循環(huán)將每戶貯熱水箱中的生活熱水加熱供用戶使用。當太陽光照不足或貯熱水箱中的水未達到設(shè)定溫度時，用戶可以使用貯熱水箱內(nèi)置的電輔助加熱裝置加熱貯熱水箱中的生活熱水，滿足用戶24小時使用的需求。

2.2 目前常用的幾種集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)形式

1）集熱回路為開式循環(huán)，主管路分為供水管、回水管兩路，非同程連接，主管路進入住戶時采用三通閥連接，如圖1所示。

圖1 開式循環(huán)集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

2）集熱回路為閉式回路，主管路分為供水管、回水管、同程水管三路，同程連接，主管路進入住戶時采用三通閥連接，如圖2所示。

圖2 閉式循環(huán)集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

3）集熱回路為開式回路，主管路分為供水管、回水管、同程水管三路，同程連接，主管路進入住戶時采用兩通閥連接，如圖3所示。

圖3 開式回路(三路)集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

4）集熱回路為開式回路，主管路分為供水管、回水管兩路，非同程連接，主管路進入住戶時采用兩通閥連接，如圖4所示。

圖4 開式回路(兩路)集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

2.3 集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)管路設(shè)計的分析

在上述幾種常用的管路設(shè)計方案中，不同的部分主要為以下幾個方面：

1）集熱回路是開式或者閉式。閉式一般為單泵，開式為雙泵，即閉式系統(tǒng)中，集熱循環(huán)和供熱循環(huán)合二為一成大循環(huán)，而開式的雙泵循環(huán)系統(tǒng)中，集熱回路和供熱回路相互獨立，同時開式系統(tǒng)中設(shè)置電加熱管用來作為極端天氣下的防凍措施，閉式系統(tǒng)在通過充注防凍介質(zhì)作為循環(huán)熱媒，散熱通過散熱器或過熱時釋放熱水的方式來實現(xiàn)散熱。

2）供熱循環(huán)回路采用雙管路或者三管路系統(tǒng)。三管路設(shè)置是為了使熱媒達到各戶的路程一致，即同程管路，可使各戶獲得的熱量均等。而雙管路只能優(yōu)先供給樓上或樓下的離熱源最近的住戶，因此會造成各戶的用熱水量不一致。

3）采用兩通電磁閥或者三通電磁閥。隨著對集中集熱—分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)的深入研究，在該系統(tǒng)的應(yīng)用中會面臨一個問題，即電輔助加熱的水可能釋放到整個管網(wǎng)中為其他熱用戶作貢獻。因此，安裝一個電磁閥是非常必要的，安裝電磁閥后，控制器把主回路干管中的熱媒溫度跟用戶換熱水箱內(nèi)的溫度進行對比，當干管中的熱媒溫度高于室內(nèi)水溫≥10℃時，電磁閥開啟，允許熱媒進入室內(nèi)換熱水箱中進行換熱，將熱量儲存于室內(nèi)水箱；反之，電磁閥關(guān)閉，避免室內(nèi)熱量散失到大回路中去。但如果采用兩通電磁閥，在實際使用工程中可能會出現(xiàn)大回路堵塞的問題，會造成供熱回路的斷路。所以在單戶熱媒入口處安裝三通換向閥是一個比較合理的選擇。

通過上述分析，在本工程中設(shè)計了更加優(yōu)化的方案，即采用帶三通閥的開式同程循環(huán)系統(tǒng)，如圖5所示。此種方案可以解決熱量分配不均的問題，又可以防止循環(huán)管路凍結(jié)或過熱，避免系統(tǒng)斷路、循環(huán)水泵悶轉(zhuǎn)等問題。

圖5 采用帶三通閥的開式同程循環(huán)系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)

3 太陽能熱媒循環(huán)管在公共空間內(nèi)的設(shè)置

據(jù)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[3、4]的要求，太陽能熱水系統(tǒng)管線不得穿越其他用戶的室內(nèi)空間，應(yīng)放置在公共空間內(nèi)。因此，本工程在設(shè)計時將管道井尺寸適當加大，管井內(nèi)除其他給水、供暖管線外，增加太陽能熱媒供、回水管及同程管三根管線，各戶的熱媒循環(huán)支管從管道井內(nèi)走墊層入戶。設(shè)于管道井內(nèi)的熱水循環(huán)管，不占用戶內(nèi)空間，又便于維護檢修。

4 工程運行狀況及存在的問題

本工程太陽能熱水系統(tǒng)已運行兩年，從使用效果及用戶反饋的意見看，達到了預(yù)期的效果。在運行中也存在一些亟待解決的問題，如個別用戶熱水換熱水箱內(nèi)的換熱管有結(jié)垢現(xiàn)象，影響換熱效果。經(jīng)與太陽能熱水器廠家溝通，這一現(xiàn)象比較普遍，很多廠家已著手解決這一問題，并研發(fā)出避免結(jié)垢的換熱水箱，如搪瓷內(nèi)膽熱水箱等產(chǎn)品。因此，開發(fā)商及用戶在選用熱水器時應(yīng)選用具有防止結(jié)垢的產(chǎn)品。

5 結(jié)論

1）集中集熱-分戶儲熱太陽能是高層住宅中常用的熱水系統(tǒng)，集成化程度高，集熱器利用效率高，對建筑外立面沒有影響，且安裝成本較低。

2）太陽能熱水管路采用帶三通閥的開式同程系統(tǒng)，可解決熱量分配不均的問題，是一種更加優(yōu)化的太陽能熱水循環(huán)換熱系統(tǒng)。

3）為使集中集熱-分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)更加高效節(jié)能運行，熱用戶換熱水箱應(yīng)采用具有防止結(jié)垢的產(chǎn)品。

[1]萬水.高層住宅太陽能熱水系統(tǒng)類型選用探討[J].給水排水,2009,(12):65-69

[2]孫潤.太陽能熱水系統(tǒng)在住宅中的應(yīng)用[J].江蘇建筑,2008,(5):27-28

[3]民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(GB50364-2005)[S].北京:中國建筑出版社,2005

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