太阳能集中热水系统设计实例与分析

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　　摘要通过太阳能集中热水系统在住宅小区的设计实例,介绍其工作原理、设计要点以及在实际工程中的可行性。
　　关键词太阳能，集中热水，实例
　　0前言
　　目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展，家用太阳能热水器走进了千家万户。太阳能热水器具有节约能源、减少环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。据资料显示:河北省年平均日照量在2400~3100小时之间,太阳能的利用具有很大的潜力。但是有些项目太阳能热水系统尚未完全纳入建筑设计,一些住户在购买商品房后只能各自安装太阳能热水器。由于没有统一的规划,太阳能热水器在布置上很零散，不仅可靠性差，而且影响建筑整体美观。若采取统一设计，集中规划，将会使这一状况得到有效改观。现结合保定市新一代高层居住区（C区）二期工程中12#楼太阳能集中热水系统来进行方案阐述和应用分析。
　　1工程概况
　　本工程热水量要求每户按100升/日计算，跃层的按两户设计，单身公寓按一套设计。12#楼四个单元合计90户。一单元合计36户，二单元合计32户，一、二单元合为一个系统，总用水户数共68户，设计用水量6.8吨/日。三单元合计28户，四单元合计32户，三、四单元合为一个系统，总用水户数共60户,设计用水量6吨/日。
　　供水温度：50ºC；设计恒温水箱水温为50ºC;
　　供水时间：全天24小时；
　　辅助电加热：本工程将电加热和储热水箱分离，通过循环水泵使水在水箱和加热装置间进行循环，既可以提高电加热的使用寿命，也方便维修；
　　给水系统：主管路采用变频及循环给水，保证主管路中的水恒为热水；
　　冷水计算温度：当地地表水温为10-15ºC，取10ºC(以春秋季节计算)。
　　2太阳能系统运行原理
　　考虑到每套太阳能控制系统在楼顶，对系统的监控比较麻烦，并且考虑到强
　　
　　任凤彦，男，1969年1月，大学，高级工程师
　　电和弱电分离等因素，本工程设计远程控制显示器及楼顶强电控制柜，根据控制目的配置一套远程监控控制显示器放置在楼内值班室或控制室内（距屋顶1000米范围以内）。楼顶控制器与值班室之间通过串口通讯，对水位、水温、时间等信号进行采集，根据控制要求判断水位、水温等信号，并通过开关量输出模块控制相应的太阳能循环水泵运行、电加热等辅助能源自动加热、供回水循环泵启停、高温保护等并达到报警等功能。
　　太阳能远程控制系统控制原理如下图所示：
　　
　　图1：太阳能远程控制系统控制原理
　　3系统原理介绍
　　（1）太阳能集中热水系统工作原理：
　　
　　在储热水箱内，当T1(T1')-T2>Tm（设定为6℃）℃，循环热水泵P1自动开启，通过强制循环把集热器内的热水置换到储热水箱内，当T1(T1')-T2<Tn（设定为2℃）℃，循环热水泵P1自动停止工作，如此循环加热储热水箱热水。当储热水箱T3>55℃时，电磁阀1打开，冷水不断把集热水箱中的热水顶入恒温水箱，当T3<50℃时，关闭电磁阀1。如此往复太阳能加热和补水，恒温水箱水位逐渐上升，当储热水箱水位达到L2高液位后电磁阀1关闭，不再根据T3温度控制补水。
　　（2）恒温水箱工作原理：
　　恒温水箱一直保持50℃-55℃的热水，水箱中的水位高低由太阳能集热量和储热水箱温度高低控制，当恒温水箱内的水位低于最低安全水位L2后，电磁阀1自动打开，进行补水；高于安全水位后，电磁阀1自动关闭；当恒温水箱的温度T4超过55℃时，电磁阀2打开往恒温水箱内补凉水，当温度T4降到50℃时电磁阀2关闭停止补水。
　　（3）供热水管网工作原理：
　　为克服管网较长和长时间不用水造成主管路水温下降的缺点，在恒温水箱供水管路安装变频控制装置和增压水泵，使供水管路始终保持一定的压力。当用户用水时，管路内压力下降，增压水泵启动，达到一定压力后水泵自动停止；当系统长时间不用水，管路末端回水温度传感器T5低于40℃时，打开电磁阀3，管路压力下降，增压水泵启动，当T5达到45℃时，关闭电磁阀3。
　　（4）如果长时间不使用太阳能集热系统，需把整个系统中的水排空，以防水质变坏。
　　（5）冬季采暖热水辅助热源：采用采暖热水对恒温水箱进行加热，同时手动关闭电加热装置，水-水换热器换热面积按供水温度85度，回水温度为60度进行计算。当恒温水箱温度T4低于50℃时，电磁阀4自动打开，利用采暖热水对恒温水箱进行加热，当恒温水箱T4高于55℃时，电磁阀4自动关闭。
　　（6）补水系统工作原理：
　　低水位补水：当储热水箱的水位低于最低安全水位时，补水电磁阀自动打开，将冷水注入储热水箱（此时补入的是高温水）；
　　定时补水：系统可根据用水的时间定时定量补水，以保证系统充足的用水量；
　　手动补水：连续阴雨天气或用水量较大时，可手动打开补水阀，保证储热水箱要求的水量。
　　（7）防冻系统：当管路温度传感器显示温度低于5℃时，循环水泵自动启动，防止管路冻结；当管路温度传感器显示温度高于8℃时，循环水泵自动停止。
　　（8）防垢设备的选择：水垢不仅影响系统集热效率而且可能堵塞管道，因此在管路上安装变频电子水处理器对水质进行处理。
　　4系统特点：
　　（1）建筑视觉无污染：
　　让太阳能设施成为建筑的一个构件，真正达到太阳能与建筑一体化的设计效果，避免因安装太阳能而带来的视觉污染。
　　（2）节能环保效果好：
　　充分利用太阳能资源、减少运行费用，使太阳能的利用达到最大化，使业主真正用上廉价的绿色能源，同时为屋面遮阳，使太阳能真正达到节能环保的效果。
　　（3）智能化管理：
　　太阳能系统采用先进的控制原理，不仅可以使系统运行达到使用要求，同时实现无人管理。控制关系合理，运行稳定、可靠。
　　（4）系统设计合理：
　　本着设计合理、维护方便、充分利用太阳能资源、减少运行费用、节能环保的设计理念：
　　设备选型遵循“技术先进、经济合理、质量安全可靠、使用维护方便、延长使用寿命”的原则。