探討小高層建筑太陽能集中熱水系統設計

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做簡要的介紹，通過結合實際情況探討小高層建筑物安裝太陽能集中熱水系統的特點，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的科學、經濟實用性。

關鍵詞：太陽能集中熱水系統；特點；經濟實用性

結合我國關于太陽能熱水器的發展情況，前幾年一直被關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銷商將單臺熱水器定義為太陽能熱水器的僅有的表現形式，此外受到安裝環境和屋頂的安裝面積所影響，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。文中結合北京某小區建筑物為例，對于小高層建筑物的太陽能集中熱水系統的設計和安裝中遇到的：太陽能系統防凍、預熱；供水分區供冷、熱水系統壓力不均；供水網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的設計、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

由太陽能集熱器、太陽能管網、輔助熱源、供熱管網、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，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傳送到蓄熱水箱里，在將這些熱水通過熱水管網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，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提供熱量。此外，大部分西方科學家經過多方分析研究在結合國家的發展情況，總結出太陽能熱水系統是一種穩定性較高、經濟、安全的新型供熱模式。

2 工程概況模擬

結合北京某小區的修建情況，著重要求建筑物必須設計太陽能熱水系統，小區主要是由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#）住宅樓構成。每棟樓都需要設置集中式太陽能熱水系統。現以2#樓舉例，對集中集熱、分戶供熱系統的設計進行簡要的分析。

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系統對冷水進行加熱。預加熱得到的制備熱水通過熱水變頻增壓供應熱水設備，通過居民熱水供應管道輸送到各個居民戶的冷熱水燃氣壁掛爐，由于壁掛爐內裝置了調節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℃才會向用戶供應熱水，其中壁掛爐內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置分流閥上輸送的水溫判定值。

3 系統模擬設計

3.1 設計依據

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

3.2 系統控制設計

3.2.1 太陽能集中熱水系統循環控制

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

（2）太陽能系統防凍、預熱循環控制。一般情況下建議用戶用熱水終端自行輔助加熱放出熱水，考慮到后續管理問題較為復雜，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進行定時設置，保證循環供水泵的管中水溫可以和保溫水箱來回循環。

3.2.2 控制變頻加壓水泵

樓層頂部的太陽能熱水箱設定了變頻加壓供水設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控制對變頻泵組的運行進行控制，其中將壓力傳感器設定在水泵輸送水管道上，此外，壓力傳感器穩定值是0.15MPa，由生產廠家提供變頻加壓控制柜。

3.3 使用材料及儲水箱保溫設計

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

4 設計系統應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備參數，最大限度穩定壓力源頭兩端平衡。最后在結合實際情況，系統分析生活用水的高區和低區，1-2層是由市政進行供水（0.16MPa），3-10層是由小區的變頻調速加壓設備進行供水，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，最終達到節約用水用電的目的。

4.2 系統管網內儲存水量及合理化利用

首先可以把輸送管網內的水溫和儲熱箱水溫通過強制循環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的輔熱設備對輸送管網內的水溫進行再次加熱，這樣既可以節約用水，同時也可以大大的縮減了能源的浪費。

5 結語

太陽能集中熱水系統采用的形式多種多樣，其適用范圍較廣且各有占優勢。設計小高層建筑物的太陽能集中熱水系統時，應充分結合用戶的需求、當地的用水情況，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的節能性以及經濟實用性，選擇最合適的集熱系統，經過多方核算以及考慮其安全因素等，設計調整出真正高效節能的太陽能集中熱水系統，更好的服務社會做出應有的貢獻。

參考文獻

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