新一代高層居�。–區(qū)）太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例
新一代高層居�。–區(qū)）太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例
河北建新建筑集團(tuán)公司 張雅冬 何愛(ài)云
引言：保定市新一代高層居�。–區(qū)）（以下簡(jiǎn)稱“新一代C區(qū)”）占地362.492畝，規(guī)劃總建筑面積約為63萬(wàn) m2，其中高層住宅約50萬(wàn)m2，住宅以板式為主。堅(jiān)持“合理利用能源，降低能耗”的理念設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)毓?jié)能政策標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，并采用新型節(jié)能墻體材料和屋面保溫隔熱技術(shù)與材料、節(jié)能門窗的保溫隔熱和密閉技術(shù)、廣泛采用可再生能源應(yīng)用技術(shù)及設(shè)備等主要節(jié)能措施，其中采用屋頂太陽(yáng)能集中24小時(shí)供應(yīng)生活熱水，開創(chuàng)本地太陽(yáng)能應(yīng)用的先例。
新一代C區(qū)三期工程太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng) 由保定新一代房地產(chǎn)開發(fā)有限公司、河北建新建筑集團(tuán)股份有限公司、保定市新一代沃爾達(dá)商貿(mào)有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，該工程已于2008年10月交付業(yè)主并取得了良好的效果。
現(xiàn)以16#樓為例分析太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
一、設(shè)計(jì)基本要求：
新一代C區(qū)16#樓為兩個(gè)單元，一梯兩戶板式住宅樓，共十九層，76戶，總建筑面積8375㎡。以每戶日均需水量按60kg計(jì)算，系統(tǒng)日均產(chǎn)水量4.5 噸。晴好天氣以太陽(yáng)能為主，輔助熱源為電加熱。供水方式為全天 24 小時(shí)恒溫 50 ℃供應(yīng)熱水，市政供水溫度以春秋季節(jié)平均取10℃。
二、設(shè)計(jì)依據(jù)：
GB/T18713-2002 《太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》；
GB/T4272-1992 《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》；
GB/T6424-1997 《太陽(yáng)能集熱器技術(shù)條件》；
GB/T93-86 《工業(yè)自動(dòng)化儀表工程及驗(yàn)收規(guī)范》；
GB5042 《建筑給水排水采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》；
NY/T651-2002《家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)安裝、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》；
國(guó)家氣象局發(fā)布的參考?xì)庀髷?shù)據(jù)。
保定市地處我國(guó)華北中部地區(qū)，屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為 11.5 ℃。以春秋季節(jié)計(jì)算，年平均日太陽(yáng)輻射量水平面為14.18MJ/㎡，其中太陽(yáng)能傾角表面為16.014 MJ/㎡，晴天平均日照時(shí)間為 8.5 小時(shí)。
三、設(shè)計(jì)原理：
1、太陽(yáng)能集熱水箱系統(tǒng)工作原理：
集熱溫差循環(huán)：在集熱水箱內(nèi)，當(dāng)集熱器出口溫度T1與集熱水箱溫度差T1-T2>Tm（設(shè)定為5℃），循環(huán)熱水泵P1自動(dòng)開啟，通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)把集熱器內(nèi)的熱水置換到集熱水箱內(nèi)，當(dāng)T1-T2<Tn（設(shè)定為2℃）℃，循環(huán)泵P1自動(dòng)停止工作。循環(huán)加熱集熱水箱的熱水。
集熱器定溫放水：當(dāng)集熱器出口溫度T1>46℃，且集熱水箱水位未達(dá)到L3高液位時(shí)，電磁閥DF1打開，冷水不斷把集熱器的熱水頂入集熱水箱，當(dāng)T1<41℃時(shí)，關(guān)閉電磁閥DF1。
如此往復(fù)太陽(yáng)能加熱和補(bǔ)水，集熱水箱水位逐漸上升，當(dāng)集熱水箱水位達(dá)到L3高液位后電磁閥DF1關(guān)閉。
2、恒溫水箱工作原理：
恒溫水箱溫差循環(huán)：恒溫水箱一直保持50℃-55℃的熱水，當(dāng)恒溫水箱溫度T4降至48℃，而集熱水箱溫度T2>50℃時(shí)，電磁閥DF4打開，循環(huán)泵P4自動(dòng)開啟，通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)把集熱水箱的熱水置換到恒溫水箱內(nèi)，當(dāng)恒溫水箱溫度T4>50℃時(shí)，電磁閥DF4和循環(huán)泵P4自動(dòng)停止工作。
集熱水箱定溫放水：當(dāng)集熱水箱溫度T2>50℃，且恒溫?zé)崴渌晃催_(dá)到L4高液位時(shí)，電磁閥DF4打開，循環(huán)泵P4自動(dòng)開啟，把集熱水箱的熱水打入恒溫集水箱，當(dāng)T2<50℃或恒溫水箱補(bǔ)水至最高水位L4時(shí)，關(guān)閉電磁閥DF4和循環(huán)泵P4。
恒溫水箱高溫補(bǔ)水：當(dāng)恒溫水箱溫度T4>55℃時(shí)，上水電磁閥DF2開啟，將冷水注入恒溫水箱，當(dāng)溫度T4降到50℃或水位升至L4時(shí)電磁閥DF2關(guān)閉。
如此往復(fù)太陽(yáng)能加熱和補(bǔ)水，恒溫水箱水位逐漸上升，當(dāng)恒溫水箱水位達(dá)到L4高液位后電磁閥DF4和循環(huán)泵P4關(guān)閉。
3、水箱低水位補(bǔ)水工作原理：
在太陽(yáng)能充足的時(shí)間內(nèi)，兩熱水箱通過(guò)上述的定溫放水即可完成補(bǔ)水。相反，當(dāng)T1、T2溫度低于定溫放水設(shè)定溫度，水箱水位又降到最低水位（集熱水箱L1、恒溫水箱L2）時(shí)，兩水箱將強(qiáng)制補(bǔ)水，但是系統(tǒng)將處于低水位運(yùn)行模式。
集熱水箱低水位運(yùn)行：集熱水箱補(bǔ)水至L5停止，集熱器溫度T1達(dá)到定溫放水要求后繼續(xù)補(bǔ)水，相反，水位下降至L1時(shí)重復(fù)補(bǔ)水至L5。
恒溫水箱低水位運(yùn)行：恒溫水箱補(bǔ)水至L6停止，集熱水箱溫度T2達(dá)到定溫放水要求后繼續(xù)補(bǔ)水，相反，水位下降至L2時(shí)重復(fù)補(bǔ)水至L6。
*水箱低水位運(yùn)行時(shí)不會(huì)影響各溫差循環(huán)功能。
4、供熱水管網(wǎng)工作原理：
供水管網(wǎng)采用恒壓變頻控制，供水管路采用主管路回路循環(huán)保證由于管網(wǎng)長(zhǎng)和長(zhǎng)時(shí)間不用水，主管路水溫下降的缺點(diǎn)。在恒溫水箱供水管路口安裝變頻控制和增壓水泵，保證供水管路一定的壓力，當(dāng)用戶用水時(shí)，管路壓力下降，控制水泵啟動(dòng)增加，達(dá)到一定壓力自動(dòng)停止。當(dāng)管路內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不用水時(shí)，管路末端回水溫度傳感器T5低于40℃時(shí)，打開電磁閥3，管路壓力下降水泵啟動(dòng)，循環(huán)供水管路的水，當(dāng)T5達(dá)到45℃時(shí)，關(guān)閉電磁閥3，供水泵停止。
5、太陽(yáng)能系統(tǒng)的輔助加熱系統(tǒng)：
采用電加熱和恒溫水箱分離，用循環(huán)泵使水箱內(nèi)的水和加熱裝置進(jìn)行循環(huán)，即可以提高電加熱的使用壽命，維修也方便。
只要恒溫水箱溫度T4低于設(shè)定溫度45℃，輔助電加熱循環(huán)泵P3自動(dòng)啟動(dòng)，將水注入電加熱水箱，電加熱裝置開啟。當(dāng)T4>50℃時(shí)循環(huán)泵P3和電加熱裝置停止。
6、電器保護(hù)：
集熱水箱低水位時(shí)，循環(huán)泵P4和電磁閥DF4停止工作。
恒溫水箱低水位時(shí)，電加熱和循環(huán)泵P2停止工作。
電加熱系統(tǒng)每次最長(zhǎng)運(yùn)行40分鐘，與二次啟動(dòng)相隔5分鐘。
集熱器出口溫度高于85℃時(shí)，自來(lái)水補(bǔ)水電磁閥DF1和集熱循環(huán)泵P1不啟動(dòng)。
7、太陽(yáng)能系統(tǒng)另配定時(shí)供水、定時(shí)電加熱功能。
四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
主要由集熱器、儲(chǔ)熱水箱、輔助熱源、循環(huán)管道、自動(dòng)控制、阻垢除垢、恒溫供水系統(tǒng)等七部分組成。
（一）集熱器 ：
1、熱負(fù)荷：需水量4500kg ，Q=4500kg×(50 ℃-10 ℃)×4.18=752.4MJ；
2、集熱面積：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的產(chǎn)水量與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和日照時(shí)間及集熱器受光面積密切相關(guān)，一年四季變化很大。因此本方案按年平均輻射量進(jìn)行設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)集熱效率為 51%，管路及儲(chǔ)熱水箱熱損失率為0.2，則集熱面積為：A=752.4MJ/[16.014MJ/㎡×51%×（1-0.2）]=115㎡。
3、集熱器選型及鋪放安裝：
選用力諾瑞特LPC47-1550型集熱器；真空管規(guī)格Ф47×1500mm；進(jìn)口0.6mmSUS304-2B不銹鋼內(nèi)芯；每組集熱單元采光面積6.25㎡，單元總?cè)菟?2L。
集熱器聯(lián)箱。內(nèi)膽用0.6mmSUS304-2B食品級(jí)不銹鋼；外皮用0.5mm不銹鋼；尾托架用1.2mm不銹鋼尾托、PBT尾架；聯(lián)箱保溫用聚氨脂 ,閉孔率≥95% 。
集熱器安裝在屋頂，按單組并串聯(lián)方式鋪放；集熱管水平角度2度，對(duì)地傾角15～30度；每個(gè)系統(tǒng)組成一個(gè)集熱器陣列，所產(chǎn)熱水直接進(jìn)入儲(chǔ)水箱備用。
（二）儲(chǔ)熱水箱 設(shè)計(jì)儲(chǔ)熱水箱和恒溫水箱各一臺(tái)，儲(chǔ)熱水箱的有效容積按照產(chǎn)水量進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際規(guī)格按大于有效容積的 10% 進(jìn)行生產(chǎn)。恒溫水箱的容積為1.5噸。水箱內(nèi)膽采用 1.2mm 厚的 SUS304-2B 進(jìn)口食品級(jí)不銹鋼板材，氬弧焊接技術(shù)成型，保溫層采用70mm 進(jìn)口聚氨酯整體發(fā)泡,閉孔率95%；外殼采用0.5mm不銹鋼板拉鉚工藝制作；水箱整體現(xiàn)場(chǎng)組裝完成。
（三）輔助加熱 考慮全年陰雨天氣為100天，按時(shí)陰雨天完全靠電加熱計(jì)算，設(shè)計(jì)電輔助加熱功率為36KW。
（四）管道循環(huán)系統(tǒng) 管路采用標(biāo)準(zhǔn)飲用水熱鍍鋅管道；樓面以上管道采用70mm聚氨酯保溫；安裝供水泵、集熱循環(huán)泵 、加熱循環(huán)泵各二臺(tái)（一備一用）。
（五）自動(dòng)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)采用 PLC控制器與優(yōu)質(zhì)電器組合而成。所有電器元件均采用國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能操作，同時(shí)具備手動(dòng)強(qiáng)制啟停功能，維修更方便，功能更齊全。
（六）阻垢防垢 在冷水進(jìn)水口安裝阻垢器(硅磷精)是一種經(jīng)濟(jì)有效的環(huán)保型產(chǎn)品，是由對(duì)人體有益的聚磷酸鹽（牛奶、大豆中富含）和硅酸鹽（礦泉水中富含）組成，能防止鈣鎂離子、碳酸鹽垢和鐵垢的形成，其中的P-P成分隔絕水中溶解氧與金屬離子的反應(yīng)。通過(guò)阻垢防垢，提高系統(tǒng)各部件的使用壽命。
（七）恒溫供水系統(tǒng) 按照全天候恒溫50℃供水要求，設(shè)恒溫水箱1臺(tái)，無(wú)論在任何狀態(tài)下，使恒溫水箱的溫度始終保持在 50℃，偏差不超過(guò)± 2℃。■
