【关键词】自来水;太阳能;暖气
DesignofMulti-storeyresidentialbuildingconcentratesolarwaterheatingsystem
LiuBu-yue,WangJuan
(AnyangCityConstructionDesignandResearchInstituteAnyangHenan455000)【Abstract】Solarwaterheatingsystemcansaveenergywhileprotectingtheenvironmentisgraduallybeingwidespreadtoacceptbythesociety.Therearestillsomestabilityandinstantheatingperformancedifficultiesinresidentialareawhichuseofcentralizedsolarwaterheatingsystem.Withacombinationofassitantelectricityheatingsystemcanovercomethesedifficulties.【Keywords】Continuouslywatersupply;Solarenergy;Assitantheating
1.引言目前太阳能热水器的应用,主要还是以分户独立系统为主,随着太阳能应用水平和技术的不断提高,集中式太阳能热水系统越来越受到人们的重视,集中式系统与分户式系统相比,具有节省投资、集成化程度高、便于与建筑结合、用户间用水可相互平衡、容易实现连续供水等优势,同时具有统一设计、统一施工、统一管理的工程化特点,应该是今后太阳能热水系统发展的主要方向。
2.工程概况及设计原则安阳市某9层住宅楼,建筑面积12000m2,共4个单元,每单元一梯两户,全楼72户,屋顶为平屋面。开发商要求该住宅楼24h连续供应热水,经分析比较最终决定采用集中太阳能热水系统,配以辅助电加热系统。在进行系统设计和产品选择时应主要考虑以下设计原则:(1)保证用户热水供应的连续性和稳定性;(2)一天中尽可能早地产生一定量的热水;(3)日照不充足时有可靠的辅助加热措施,保证用户随时用水;(4)最大限度地利用太阳能,尽可能少地利用辅助能源加热;(5)在满足系统供热能力的同时,尽可能优化系统配置,减少初投资;(6)解决好与建筑一体化及系统冬季防冻、漏电、防雷等安全问题;(7)控制系统设计合理,既满足自动化、智能化、远距离控制要求,又具有长期无故障运行的可靠性和稳定性。
3.系统组成及工作原理整个系统由集热器、储热器、辅助加热器、控制系统及管路循环系统组成,系统流程见图1。该系统以热管玻璃真空管作为集热器,热管玻璃真空管集热器具有水容量小、产热快、承压能力高、便于大面积连接、防冻性能好、单管故障不影响系统运行等特点。集热器分组串联摆放在屋顶,面向正南与屋顶平面呈45°夹角,各组并联同程连接;系统集热水箱设于机房层水箱间,略高于集热器;电辅助加热器设于地下室设备机房内,集热水箱与辅助加热器分开设置,可有效提高太阳能利用率,减少电力消耗。系统工作及控制原理为:(1)定温上水。当集热器出口水位T1达到设定值50℃时,定温上水电磁阀F1打开,系统自动将热水顶入集热水箱,当T1降至45℃时,F1关闭,系统再次进入集热状态,定温上水功能可使系统一天中尽可能早地使用太阳能产生热水。(2)温差循环。当集热器不断产生热水使集热水箱达到最高水位h1后,定温上水电磁阀F1不再开启,系统自动比较集热器出口水温T1与集热水箱出口水温T2,当T1高于T2达到设定温差5℃时,集热循环泵自动开启进行温差循环,当T1与T2温差小于1℃时,循环泵停止运行。(3)快速补水。如果用水量较大集热器产水量不能满足要求,集热水箱水位不断下降至最低警戒水位h3时,快速补水阀F2打开,系统快速补水,避免系统断水,F2流量按设计秒流量进行校核,当水箱水位上升至最小水位h2时,补水阀F2关闭,系统再次进入定温上水过程,h2与h3差值为系统设计秒流量5~10min用水量。(4)自动辅助加热。当水由集热水箱进入半容积式电加热器时水温较高,T4高于用户用水设定值(50℃)时,热水由集热水箱流经电加热器供给各用户,电加热器不工作;当集热水箱水温较低使得T4低于45℃时,电加热器自动启动进行加热,T4升至50℃时,停止加热,保证用户供水温度相对稳定。图1太阳能热水系统流程示意(5)保温循环。用户供热管路设供热循环泵,当热水回水管路水温T5低于40℃时,供热循环泵自动启动,进行保温循环,当T4升至45℃时,停止循环,保证用户热水随开随用。(6)防冻循环。系统采用热管玻璃真空管集热器本身具有较强的防冻能力,但为保证系统万无一失,当室外管路水温T3低于4℃时,集热循环泵自动启动进行防冻循环,T3升至6℃时,停止循环,保证室外管路冬季不发生冰冻危险。(7)自动控制。系统设集中控制器,对以上所述各种工作过程进行检测和控制,各温度设定值可根据不同设用要求和季节变换进行现场调整,系统运行参数均可显示,出现故障自动发出报警信号,并可与小区物业管理系统联网,实现远距离控制。
4.系统设计水量4.1用户热水用量计算。本工程最高日热水用水定额按70L/(人·d)(60℃),安阳市地下水温度为10~15℃,根据《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)中式5.3.1~5.3.3,经计算热水最高日用水量(60℃)为0.07×252=17.65(m3/d),设计小时耗热量Qh=163kw,设计小时热水量qrh=2.83m3/h,根据用户卫生洁具用水当量按概率法计算系统设计秒流量qg=2.63L/s。按系统设计水温50℃换算,最高日用水量为22.05m3/d,设计小时热水量qrh=3.56m3/h,设计秒流量qg=3.27L/s。4.2太阳集热器设计计算。安阳市所处地理位置为东经114.3°,北纬36.1°,属于我国三等太阳能辐射照度地区,年辐射总量为5000~5400MJ/(m2·a),设计取值5200MJ/(m2·a),年照时数在2400h。全年晴天光照时间按8h计算,全年晴天时间为2400&pide;8=300(d),每个季节平均日照天数为300&pide;4=75(d/季)。春夏秋冬四季太阳辐射量为5200&pide;(1+0.7×2+0.4)=1857(MJ/(m2/d))。同理春秋季每季及日平均太阳辐射量为1300MJ/(m2·季),17.3MJ/(m2·d);冬季为743MJ/(m2·季),9.9MJ/(m2·d)。集热器全日集热效率取50%,太阳辐射量按春秋季取值即17.3MJ/(m2·d),热水温度取值为50℃,水箱、管道热损失取值为20%,参照《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》(GB/T18713-2002)附录A计算方法,经计算系统集热器集热面积Ac为266.3m2。根据厂家提供的产品技术资料,每组集热单元24支47×1500集热管,总集热面积为3m2/组,则共需要集热器88.8组,最终选用90组。4.3集热水箱及加热器设计选型。集热水箱容量按最高日用水量选用,与集热器春秋季平均日产水量相匹配,设计选用22m3不锈钢水箱一个,水箱设于屋顶机房层水箱间内,外做8cm聚氨酯保温层。系统加热器选用半容积式电辅助加热器,加热器功率按热水设计小时耗热量配置,为163kw;储水容积为系统20min最大小时用水量,即3.56&pide;60×20=1.19(m3)。
5.系统造价及效益分析本工程各组成部分造价见表1系统总造价为318800元,平均每户造价为4428元,按单位建筑面积计算造价为26.6元/(m2·d)。根据前文所述,太阳能年辐射总量5200MJ/(m2·a),集热器集热效率50%,与电热水器相比,该系统每m2集热面积每年可节约用电5200×50%&pide;3.6=722(kw·h),按电费0.5元(kw·h)计算,则系统每年可节省电费722×266.3×0.5=96134(元),理论上最短3~4年即可收回成本,经济效益可观,因此该系统具有较高的投资回报率。
6.结语连续供水集中太阳能热水系统具有供水品质好、节能、环保、便于管理、使用费用低等特点,值得今后推广应用。太阳能综合利用在我国还处于起步阶段,太阳热水器技术的发展也十分迅速,随着新的产品技术的不断发展,如新型太阳集热器,新型末端瞬时加热器及太阳热泵等技术的开发应用,必将推动系统设计应用水平不断提高。
[文章编号]1006-7619(2009)07-24-685
[作者简介]刘步月,男,从事给排水设计。