探討小高層建筑太陽能集中熱水系統(tǒng)設(shè)計

申青峰　陳秋芳　韓慶虎

摘 要：文章首先對太陽能集中熱水系統(tǒng)做簡要的介紹，通過結(jié)合實際情況探討小高層建筑物安裝太陽能集中熱水系統(tǒng)的特點，以及安裝時需要引起注意的要點，最終嘗試分析出太陽能集中熱水系統(tǒng)的科學(xué)、經(jīng)濟實用性。

關(guān)鍵詞：太陽能集中熱水系統(tǒng)；特點；經(jīng)濟實用性

結(jié)合我國關(guān)于太陽能熱水器的發(fā)展情況，前幾年一直被關(guān)于中小型建筑物究竟能不能安裝太陽能熱水器的問題所困擾，主要原因是太陽能經(jīng)銷商將單臺熱水器定義為太陽能熱水器的僅有的表現(xiàn)形式，此外受到安裝環(huán)境和屋頂?shù)陌惭b面積所影響，在加上低樓層用戶安裝所使用的管道較長，考慮到水壓等問題的影響，從而認為中低層建筑不適合安裝太陽能熱水器。文中結(jié)合北京某小區(qū)建筑物為例，對于小高層建筑物的太陽能集中熱水系統(tǒng)的設(shè)計和安裝中遇到的：太陽能系統(tǒng)防凍、預(yù)熱；供水分區(qū)供冷、熱水系統(tǒng)壓力不均；供水網(wǎng)怎樣合理利用水資源等問題進行深入的分析和探討。希望可以為太陽能集中熱水系統(tǒng)的設(shè)計、安裝工作人員提供一些具有可行性的建議。

1 簡述太陽能熱水系統(tǒng)

由太陽能集熱器、太陽能管網(wǎng)、輔助熱源、供熱管網(wǎng)、蓄熱水箱和用戶終端等多個部分組成的太陽能集中供熱水系統(tǒng)，其主要的工作原理是太陽能集熱器將太陽的熱能通過供熱管網(wǎng)傳送到蓄熱水箱里，在將這些熱水通過熱水管網(wǎng)輸送到各個用戶的家里以供日常使用。剩余多的熱能量將存放在蓄熱水箱內(nèi)，以備不時之需。該供水形式的特點主要是集中化供熱，能將太陽熱能最大化合理利用，為整個建筑物的熱水系統(tǒng)提供熱量。此外，大部分西方科學(xué)家經(jīng)過多方分析研究在結(jié)合國家的發(fā)展情況，總結(jié)出太陽能熱水系統(tǒng)是一種穩(wěn)定性較高、經(jīng)濟、安全的新型供熱模式。

2 工程概況模擬

結(jié)合北京某小區(qū)的修建情況，著重要求建筑物必須設(shè)計太陽能熱水系統(tǒng)，小區(qū)主要是由2棟小高層的（1#樓11層，2#樓10層）躍層式民用住宅樓以及5棟6層（3#、4#、5#、6#、7#）住宅樓構(gòu)成。每棟樓都需要設(shè)置集中式太陽能熱水系統(tǒng)?，F(xiàn)以2#樓舉例，對集中集熱、分戶供熱系統(tǒng)的設(shè)計進行簡要的分析。

太陽能儲熱水箱和太陽能集熱器通過溫差高低控制以及強制循環(huán)系統(tǒng)對冷水進行加熱。預(yù)加熱得到的制備熱水通過熱水變頻增壓供應(yīng)熱水設(shè)備，通過居民熱水供應(yīng)管道輸送到各個居民戶的冷熱水燃氣壁掛爐，由于壁掛爐內(nèi)裝置了調(diào)節(jié)溫度差異的感溫控制閥，當輸送的水溫達到了45℃及以上，熱水就會通過壁掛爐的分流水閥向需要用水的用戶提供熱水，反之當水溫低于45℃時，不夠溫度的熱水就會通過通過壁掛爐內(nèi)的輔助加熱器對水溫進行再次加熱，直到溫度足夠45℃才會向用戶供應(yīng)熱水，其中壁掛爐內(nèi)加熱器輔助加熱的最佳溫度要小于60℃。避免溫度過高，此外，用戶也可以自行判斷設(shè)置分流閥上輸送的水溫判定值。

3 系統(tǒng)模擬設(shè)計

3.1 設(shè)計依據(jù)

小區(qū)2棟樓上下是一共10層，并無地下室設(shè)計。10層樓分為5個單元，一共可以住120戶居民。預(yù)設(shè)每日消耗熱能36.5KW；每日使用熱水定額預(yù)計是14400L（生活熱水預(yù)計每人使用40L，小區(qū)居民120戶，按照每戶正常的3口之家進行計算），太陽能系統(tǒng)內(nèi)的集熱器使用的是真空管道，集熱面積預(yù)計總體為232m2。

3.2 系統(tǒng)控制設(shè)計

3.2.1 太陽能集中熱水系統(tǒng)循環(huán)控制

（1）系統(tǒng)采用強制循環(huán)水泵，在輸送水管道以及熱水儲存箱上的溫差感應(yīng)器上設(shè)定循環(huán)水泵，包括對溫差高度、加熱循環(huán)水系統(tǒng)的控制。當集熱器的水溫度高于儲水箱預(yù)定溫度時，溫差控制器會自動啟動循環(huán)水泵進行換熱操作。當水箱水溫和集熱器中水溫之間相差小于或等于3℃，循環(huán)水泵會自動關(guān)閉。這樣周而復(fù)始的循環(huán)，促使儲水箱的溫度一直保持穩(wěn)步升高的狀態(tài)，已備居民使用。

（2）太陽能系統(tǒng)防凍、預(yù)熱循環(huán)控制。一般情況下建議用戶用熱水終端自行輔助加熱放出熱水，考慮到后續(xù)管理問題較為復(fù)雜，建議不在水箱上安裝輔助加熱器。電加熱功率 kWh=0.00116×水量 L×△T。

（3）供水管道。每天在使用熱水前應(yīng)進行定時設(shè)置，保證循環(huán)供水泵的管中水溫可以和保溫水箱來回循環(huán)。

3.2.2 控制變頻加壓水泵

樓層頂部的太陽能熱水箱設(shè)定了變頻加壓供水設(shè)備專門針對生活熱水進行加熱，其加熱控制要求：由壓力傳感器和壓力開關(guān)控制對變頻泵組的運行進行控制，其中將壓力傳感器設(shè)定在水泵輸送水管道上，此外，壓力傳感器穩(wěn)定值是0.15MPa，由生產(chǎn)廠家提供變頻加壓控制柜。

3.3 使用材料及儲水箱保溫設(shè)計

采用內(nèi)筋嵌入式的襯塑鋼管道設(shè)置熱水輸送管以及回水立管，卡環(huán)式的設(shè)計保障了安裝便捷。輸送熱水管道采用的是PE-RT增強性的S3.2聚乙烯管道，居民每戶內(nèi)均設(shè)置了熱水供應(yīng)管、儲熱水箱進行保溫。

4 設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)注意的問題和解決方法

4.1 平衡冷熱水壓的控制

首要先進行水利值計算，嘗試給供水給水的末端壓力匹配熱水變頻加壓設(shè)備參數(shù)，最大限度穩(wěn)定壓力源頭兩端平衡。最后在結(jié)合實際情況，系統(tǒng)分析生活用水的高區(qū)和低區(qū)，1-2層是由市政進行供水（0.16MPa），3-10層是由小區(qū)的變頻調(diào)速加壓設(shè)備進行供水，供水的選用方式是下行上給。將變頻供水控制設(shè)備以及儲熱箱安裝在樓層頂部，這樣不但客戶保障用水尾端的冷熱水之間壓力達到一個恒定值，還可以把入戶的水壓控制在一個安全、合理的范圍之類，最終達到節(jié)約用水用電的目的。

4.2 系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)儲存水量及合理化利用

首先可以把輸送管網(wǎng)內(nèi)的水溫和儲熱箱水溫通過強制循環(huán)的方式把水溫差縮減到最小值。其次在水溫差別較大時，可以嘗試通過用戶終端的燃氣壁掛爐內(nèi)的輔熱設(shè)備對輸送管網(wǎng)內(nèi)的水溫進行再次加熱，這樣既可以節(jié)約用水，同時也可以大大的縮減了能源的浪費。

5 結(jié)語

太陽能集中熱水系統(tǒng)采用的形式多種多樣，其適用范圍較廣且各有占優(yōu)勢。設(shè)計小高層建筑物的太陽能集中熱水系統(tǒng)時，應(yīng)充分結(jié)合用戶的需求、當?shù)氐挠盟闆r，多方面綜合性考慮其多種因素。此外還要考慮到太陽能系統(tǒng)的節(jié)能性以及經(jīng)濟實用性，選擇最合適的集熱系統(tǒng)，經(jīng)過多方核算以及考慮其安全因素等，設(shè)計調(diào)整出真正高效節(jié)能的太陽能集中熱水系統(tǒng)，更好的服務(wù)社會做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻

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