给排水设计中太阳能热水系统应用.pdf 2页

'城市建筑I水·暖·电IURBANISMANDARCHITECTUREWATERHEATERELECTRICITY给排水设计中太阳能热水系统应用一程磊落[}商要J随着经济的快速发展，能源的消耗不断加剧，建设节能经济己成为了当代经济快速发展的必然要求。随着建筑规模及多元化的不断扩大，各种能源的消耗不断增加。太阳能是永不枯竭的清洁绿色能源，太阳能热水系统能够为用户提供舒适卫生的热水用水环境，是一项有效的节能技术，应当大规模推广应用。本文介绍了太阳能热水系统主要控制及分类，最后实例分析了太阳能热水系统在建筑给排水方面的应用。[关键词】太阳能热水系统建筑给排水太阳能作为一种热辐射能源，是一种取之不尽的清洁环保能源，近年来太阳能的利用已有很大发展，在日照较长的地区取得的效果更佳。《建筑给水排水设计规范》(GB50015～2003)(2009年版)中5．2．2A规定：当日照数大于I400h／年且年太阳辐射量大于4200MJ／m2及年极端最低气温不低于45。C的地区，宜优先采用太阳能作为热水供应热表1集热器特点和适用环境源。便是对太阳能大量应用提出了迫切需求。一、太阳能热水系统的主要组成部分1．太阳能集热器集热器是太阳能加热系统的主要部件，主要有平板型、全玻璃真空管、金属一玻璃真空管集热器三种。集热器的特点和适用环境等见表l。选用时应根据运行期内最低环境温度、水质条件、经济条件、维护管理等多方面因素综合确定。集热器类型项目平板型全玻璃真空管型金属玻璃真空管型高于0℃可用运行期内最低环境温度低于0℃需要采取防冻措旖需考虑最低环境温度值及阴天持续时间可用全年集热效率低由高运行方式承压、非承压非承压承压、非承压易损程度低高由价格低中晶2．储热水箱(罐)在太阳能热水系统中，贮水箱是用于储存由太阳能集热器产生的热量，有时也称为“储热水箱”。利用液体(特别是水)进行储热，是各种热储存方式中理论和技术都最成熟、推广和应用最普遍的一种。通常希望所用液体除具有较大的比热容之外，还具有较高的沸点和较低的蒸气压，前者是避免发生相变(变为气态)，后者则是为减小对储热容器产生的压力。在低温液态蓄热介质中，水是性能最好，因而也是最常使用的一种。3．辅助热源太阳能热水供应系统应设辅助热源及其加热设施。辅助热源宜因地制宜选择城市热力管网、燃气、燃油、电、热泵等。在农村或市政基础设施配套不全，热水用水要求不高的地区，可根据当地的实际情况，适当降低辅助热源的供热量标准。4．控制中心太阳能热水系统的控制中心主要负责整个系统的监控、运行、调节等功能，通常温差控制较为普及，有时还同时应用用温差控制和光电控制两种。现在的技术已经可以通过互联网远程控制系统的正常运行。太阳能热水系统控制中心主要由电脑软件及变电箱、循环泵组成。二、建筑给排水中太阳能热水系统的主要分类及控制1．太阳能热水系统的主要分类国际标准对太阳能热水系统提出了科学的分类方法，即按照太阳能热水系统的七个特征进行分类，本文主要讲述太阳能系统分类中的两类(第l特征及第2特征)。(1)第l特征系统中太阳能与其他能源的关系①太阳能单独系统，没有任何辅助热源的太阳能热水系统。多用于农村或热水要求保障率低的地区，常见的形式如太阳能热水器。②太阳能预热系统，在水进入任何其他类型加热器之前，对水进行预热的太阳能热水系统。③太阳能带辅助能源系统，联合使用太阳能和辅助能源，并可不依赖于太阳能而提供所需热能的太阳能热水系统。(2)第2特征系统表示集热器内传热工质是否为用户消费的热水①直接加热系统，传热工质(水)最终被用户消费或循环流至用户的热水直接流经集热器的系统，亦称为单循环系统或单回路系统。当原水总硬度<150mg／L或冬季日最低气温>5℃，可采用直接加热系统。②间接加热系统，传热工质(比如乙二醇)不是最终被用户消费，或循环流至用户的水不做为传热工质而是其他传热工质流经集热器的系统，亦称为双循环系统或双回路系统。当原水总硬度≥150mg／L或冬季日最低气温≤5℃，宜采用间接加热系统。2．太阳能热水系统的控制(1)运行控制①定温控制，直流式系统主要采用定温放水的控制方式，当集热器放水点温度高于设定温度时，温控阀开启将热水放入贮热水箱。采用非承压水箱，定温放水温度宜取40～60"C。适用于供热水规模小、用水时间固定的建筑。②温差控制，强制循环系统宜采用温差控制，温度控制器一般设置在水箱下部和集热系统出水口，控制集热系统循环水泵开启的温差宜取5～10℃，水泵停止工作的温差为2～5℃。适用于供热水规模大，供热水要求高的建筑。(2)防冻控制太阳能热水系统中的集热器及其置于室外的管路，在严冬季节常常因积存在其中的水结冰膨胀而胀裂损坏，尤其是高纬度寒冷地区，因此必须从技术上考虑太阳能热水系统的“越冬”防冻措施。常用的太阳能热水系统防冻措施大致有以下几种。①系统排空防冻控制，在集热器的下部或室外温度最低处的管路上设温度敏感元件，当室外温度123低于设定温度(一般取4℃左右)时，控制器将根据温度敏感元件传送的信号，开启排放阀和通大气阀，集热器和室外管路中的水由于重力作用排放到系统外，不再重新使用，从而达到防冻的目的，适用于直接加热系统。②系统防冻循环控制，室外温度低于设定温度(一般取4℃)，可能会有冻结发生时，系统自动启动循环泵使热媒水在集热系统中循环，使集热器和管路中的水温升高。当集热器或管路中的水温升高到某设定值(或当水泵运转某设定时段)时，循环水泵停止工作。这种防冻方法适用于偶尔发生冰冻的非严寒地区。③使用防冻液实现防冻控制，适用于间接加热系统，防冻液系统热交换器应有良好的耐腐蚀性，以免污染生活热水。④自限式电伴热防冻控制，、当集热器本身没有防冻要求时，可以采用电伴热对管路和贮水箱进行防冻保温。这种防冻方法也要消耗～定的电能，但对于十分寒冷的地区还是行之有效的。(3)防过热控制贮热水箱中热水温度不宜高于75℃，在系统中安装安全阀等泄压装置，在系统压力过高(一般为350kPa左右)时开启。当集热器处于闷晒工作状态时，防冻液温度不宜高于130℃，防止防冻液裂解。三、太阳能热水系统在建筑给排水工程的应用实例1．项目概况拉萨地区位于东经91．08，北纬29．40，水平面月平均日太阳总辐照量21．29MJ／m2·日，当地倾斜表面月平均日太阳总辐射量23．85MJ／m2·目。项目位于拉萨市经开区，项目占地约1．4万m2，总建筑面积约7．4万m2，共有5栋建筑，其中l、2、3号楼为17层公寓建筑，其余为两栋12层办公建筑，屋顶均为平顶。公寓热水系统采用太阳能集中供热水系统，太阳能集热器设置于A座办公楼屋顶。因本工程有供暖工程，辅助能源为燃气热水锅炉(与暖通专业合 用)，联合使用太阳能和辅助能源，并可不依赖于太本太阳能热水系统共安装金属一玻璃真空集热约3．83m!。阳能而提供所需热能的太阳能热水系统。管108片，集热器总面积约4lOm2，每片集热面积2．系统组成拉萨经开区双创项目整个太阳能热水系统包括3部分，分别为l、2、3号公寓低区、1、2、3号公寓高区及办公楼厨房热水，如图2所示。整个太阳能系统由集热器阵列，太阳能循环泵，循环管路，控制柜，防冻液补充装置、热交换器，供水管路，控制器等组成。集热器集中安装在建筑物的屋顶上，太阳能循环泵、热交换器等安装在地下负二层热水机房，集热系统为间接加热系统，采用防冻液实现防冻控制，使用食品级及医药级多元醇防冻液为介质，同时系统设有防冻循环控制，夜晚或者阴天，可能会有冻结发生时(温度低于4℃)，系统自动启动循环泵使热媒在集热系统中循环，使集热器和管路的温度升高。传热介质经由换热水箱内的换热器，将热量传递给生活热水供用户使用。一’一一=．mc。婶搿镶；’”猫。礤：p：mE一港莲jt’Wo1鬻一毒{j‘：鬻：劓j⋯Ⅲ．FJ‘“刍寺屯，．一三搿。辔≥蛩：-：弩：jo矗：k”F‰nF；”_卜．■．，暑t辩j繁‘__．．i-矗：：j再i=：穗曹3．项目特点排水，从而改善认得生活环境与质量，促进经济的拉萨经开区双创中心项目的太阳能系统除了一快速发展。般集中供热水系统的共同有点之外，还有两个显著参考文献的特点：[1]中华人民共和国国家标准GB50015-2003建筑给(1)采用金属玻璃真空管型，工质在真空管水排水设计规范(2009年版)[M]．北京：中国内的金属流道(如：u形管、直流管等)内循环加计划出版社，2010．热，具有如下诸多优点：耐冰冻(真空管内无水且[2]中华人民共和国国家标准图集．06SSl28太阳能采用抗冻型)，承压能力强(采用金属吸热体)，耐集中热水系统选用与安装[s]．北京：中国建筑科冲击性能好(采用金属吸热体)，热损小以及运行安学研究院，2006．全可靠，易于安装维修。[3]董达明．环保节能技术在给排水设计中的运用(2)采用防冻液实现防冻控制，使用食品级及[J]．城市建设，2014(23)．医药级多元醇防冻液为介质，同时系统设有防冻循(作者单位：中国建筑西南设计研究院有限公司，环控制，夜晚或者阴天，可能会有冻结发生时(温成都610041)度低于4℃)，系统自动启动循环泵使热媒在集热系统，当集热器或管路温度升高到设定值(一般取4℃)时，循环水泵停止工作。(3)防过热设置，系统中安装安全阀等泄压装置，在系统压力过高(一般为350kPa左右)时开启，同时设置防高温过热保护系统，当集热器温度大于等高温保护温度时，温控电动阀全部打开且太阳能集热循环(防冻液循环)泵启动，同时打开防高温泄水电磁阀，将高温热水放掉一部分，同时进入来水，调节贮热水箱(罐)内的热水温度降低，促使集热器温度降低；当集热器温度低于高温保护温度(可调)时，防高温泄水电磁阀自动关闭，系统回到积热循环状态。四、结语随着经济的快速增长，发展节约、环保经济己成为我国社会发展的必要要求。在建筑给排水规模不断扩大，充分利用太阳能能源是实现建筑给排水经济效益与环境效益协调发展的重要手段，太阳能热水是夏热冬冷地区利用太阳能的主要方式。在为了使建筑给排水更好的发展，保障经济与环境的协调发展，充分运用建筑给排水外立面与顶层，最大化运用太阳能，建筑给排水绿色化建筑给124'