某多层住宅楼集中太阳能热水系统设计

某多层住宅楼集中太阳能热水系统设计

刘步月，王娟（安阳市建筑设计研究院河南安阳455000）

【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。