某小区太阳能热水系统应用

某小区太阳能热水系统的应用

摘要：随着人民生活水平的提高，生活热水的需求量将持续上升。开发、生产高品质的太阳能热水器产品，是解决常规热水器高能耗问题以及节约能源的有效途径之一。文章通过工程案例对太阳能热水系统的应用进行探讨！

关键词：太阳能；热水系统；水箱；管道

我国太阳能资源非常丰富，年平均日照时间大于2200h/a，太阳年辐照度总量高于5016mj/㎡的地区占我国国土面积的66.7%以上。丰富的太阳能资源为太阳能热水器的发展、推广和普及提供了良好的资源基础，其中平板型、真空管太阳能热水器的年均增长率为25%。但是我国居住建筑生活热水能耗远低于发达国家，农村低于城镇。如何充分应用太阳能热水系统是一项重要的课题。

一、太阳能集中热水系统运行原理

集中式太阳能热水系统工程随着工程技术的发展已经逐步成为常规热水工程产品，并且集中式太阳能热水系统工程种类也逐步多样化以满足不同建筑的需要。目前，太阳能热水系统在建筑中应用方式按其集热、储热和辅助加热方式分为3种：（1）单机太阳能热水器，即分户集热、储热、辅助加热；（2）集中式中央太阳能供热水系统，即集中集热储热、集中辅助加热或分户辅助加热；（3）半集中方式，即集中集热、分户储热和辅助加热。

太阳能集中热水系统又称中央供水系统，是以吸收太阳辐射能为热源，将太阳能转为热能以达到加热水的目的的整套装置，包括

太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。它是将太阳能集热器串并联起来，利用强制循环对集热器和储水箱进行热交换，用一个或多个大型储水箱储存热水，通过合理设计，将冷热换管道统一装到各家各户，然后分别供给用户。其工作原理是：太阳能集热器组成的太阳能集热系统集中放置在建筑物楼顶，太阳能集热器通过收集太阳辐射能，并将太阳辐射能转化为热能贮存在热媒中，系统循环装置通过定温温差循环控制方式将热媒输送至每户贮热水箱的换热装置，将热能传递给每户贮热水箱中的热水，通过往复循环将每户贮热水箱中的热水加热供用户使用。当太阳能光照不足时，每户通过贮热水箱中的电辅助加热装置进行加热，每户贮热水箱中的热水满足用户使用。

二、项目概况

某小区太阳能热水系统示范工程，该工程中有高层住宅25栋，其中一梯四户8栋，一梯六户17栋。一梯六户住宅每户3.5人，人均使用热水量100l／d，屋顶可用面积约500㎡。小区投资500多万元设置了太阳能集中热水系统，集热面积达2500㎡以上。热水系统建成后，分户供太阳能热水，单独计算，每户设热水表，用多少算多少，不收电加热费，水费可按普通自来水水费收取或只少许加收一些费用（主要是设备维护及水泵费用），运行成本十分低廉，住户乐于使用，没有纠纷，这项措施得到了开发商和业主的认可，使用效果良好。

在太阳能热水系统设计中，重点考虑了以下方面：（1）供热水

量、集热器面积、水箱容量、辅助加热器的功率；（2）在各种天气状况下，在各种用水时间、用水量变化的情况下，该系统应能最大限度地利用太阳能，满足小区住户的热水需求；（3）用水量、用水时间发生变化，系统应能满足要求；（4）保证热水系统安全、可靠，且不影响本小区居民生活及建筑的美观和安全；（5）并尽可能降低系统运行及维护费用；（6）充分利用本小区建筑屋面安装太阳能集热板，采用集中热水系统向用户供应热水；（7）本小区暂不考虑在建筑物墙体、阳台等部位安装太阳能集热板。

（一）设计参数的确定

1．热水用水标准。根据国家建筑给排水设计规范中规定：“有集中热水供应和沐浴设备最高日用水定额为：60l/d～100l/d”取：60l/d计算。

2．供水温度。根据《建筑给排水设计规范》（gb50015-2003，2009年版）要求：热水供应系统中储热水箱的出口温度为60℃，配水点最低温度宜为50℃。

3．水源及水质。该小区卫生热水水源为市政自来水，水质的卫生标准均符合现行《生活饮用水卫生标准》的要求。

（二）安装设计总体考虑

1．太阳能热水系统每户用热水量130l～150l，平均每户占2.6㎡～3.0㎡采光面积，确保热水送到每个住户。

2．考虑用ic卡刷卡收费时，热水表安装在管道井中，同其它管道同时设计施工。若采用普通热水表时，则用阶梯水价方式计费。

3．如果没有专门设计水箱安装位置，可以将每个单元的用水量作为一个小系统，以减轻土建筑工程量（例如17层楼，每单元24户总用水量为3.5t左右，占地空间约为15㎡）。如果在建筑设计时将水箱承重考虑到设计中，可以整楼用一个水箱。

4．对热水有特殊要求的用户（本小区考虑了8户），可考虑采用公共集体加热方式，应将水箱分为太阳能储热水箱和一个恒温水箱，该系统能与任何形式的常规能源相结合，实现24h供水。加热功率可以按0.7kw～1kw每户配置；以减低常规能源费用支出，达到节能目的。

（三）系统供水方式

1．热水箱设置顶层屋面，采用落水法分区减压供热水，其中顶层、次顶层由于高差不足，热水的压力达不到规范的要求，故采用增压泵独立循环。供水系统设计热回水循环管，以回水温度自动控制热水循环，确保供水管路恒温。

2．为减少用户因释放冷水造成的损失，热水供水立管就近设于住宅卫生间内，远传水表由智能系统设计控制并采用刷卡消费计量。

3．热水系统竖向分区与给水系统一致，市政水压直接供水的楼层热水供水支管采用可调式减压阀减压。

（四）辅助热源选择

太阳能热利用系统对辅助热源的要求包含三个方面：（1）全天候工作能力，不受日照、气候等因素影响，并具有较好的环境低温

适应性；（2）高效率和运行经济性；（3）环保特性，属于清洁或可再生能源。对于集中太阳能热水供应系统的辅助热源，主要考虑当地的资源情况、施工的便利条件，综合分析经济效益及居民的承受能力选用。实际工程上，一般不选择在水箱中安装电加热，避免管理上的麻烦。

根据本工程实际情况，分户贮热水箱容量为100l，根据经验估算电辅助加热装置选择1500w基本满足用户要求，电辅助加热装置放置在分户贮热水箱中。

（五）合理选择水箱

为保证全天24h用户都能获得热水，在系统设计时应合理选择水箱，一般来说，在条件许可的情况下，可设置2个水箱，一大一小。其容量较大的作为储水箱，容量较小的作为热水箱，储水箱和太阳能热水系统连接，与热管真空管集热器进行热交换；热水箱水温在正常工作条件下始终在60℃以上，若太阳能集热系统提供的热水未达到60℃，则由电加热补偿，热水箱中补给水由储水箱提供。在采用电加热补偿时，只加热热水箱中的少量水，不影响太阳能集热系统的热交换，且由于热水箱容量较小，既满足了在太阳能不充分条件下用户快速获取热水的需求，同时也避免电能消耗率的增大，从而使系统具有良好的经济性，在循环泵停止工作时，使管路中的水能够自动流回水箱。

（六）管道安装及管路系统保温

采用了分体结构形式，便于与结构相协调，分体水箱隐藏在屋