太阳能洗浴系统集中供热水在新农村建设中的应用.doc

1、太阳能洗浴系统集中供热水在新农村建设中的应用摘要太阳能是大自然赋与人类取之不尽的清洁能源，充分利用它服务于人们的生产、生活，是人们长期以来的愿望，太阳能集中热水系统就是其具体的利用方式之一。这种系统构造简单、投资少，在我国大部分地区非常适用。针对农村浴室的使用特点，提出一套适合农村使用的太阳能浴室建设方案，并详细介绍太阳能热水系统的系统设置、设备选型、给排水设计等。 关键词新农村 太阳能集中浴室 平板型集热器 热水储水箱 Abstract：Solar energy is one of the environmentally-friendly and inexhaustible clean en

2、ergy, and it is peoples desire for a long time to make full use of it in production and life. Solar energy concentrated hot water system is one of its specific use.It is simple in structure, costs less, and applicable in most areas in our country. According to the need of the people in rural areas,

3、we proposed a set of practical projects on solar energy bathroom construction in rural areas, and introduced in detail the system settings, selection of the equipment type, design of water supply and drainage. Key words:New Countryside solar hot water bath house flat plate collectora hot water tank

4、太阳能热水供应系统具有以下优势： 1资源丰富。太阳能数量巨大，且取之不尽用之不竭。我国太阳能资源十分丰富，全国有 2/3 以上的地区，年辐射总量大于 502 万 kJ/m2，年日照时数在 2000 小时以上。 2技术日趋成熟。在国家重点扶持和科研、生产部门的不断努力下，国内太阳能热水器生产已初具规模，部分产品已达到或超过国际先进水平，太阳能热水器的产业化和产品质量的提高，为太阳能热水器进入市场创造了条件。 3良好的实用性。太阳能热水系统可实现连续供水，而且费用低于常规热水系统。连续供水还可减少管道腐蚀，延长管道寿命，并保证水质清洁。 4. 无以伦比的环境效益，太阳能是清洁能源，这是其它能源所无

5、法比拟的，在环境污染日趋严重的今天，这一点更为重要。 在农村建设太阳能集中浴室，可以方便农民洗澡，解决个人卫生问题，保护农民身体健康，促进农民思想观念和生活方式的转变，体现健康文明的生活方式，大大提高农民的生活质量。选择经济合理的太阳能浴室规模，保证太阳能系统产生的热水基本能满足村民每天使用要求，又能让热水贮水箱内的热水及时得到更新。建设太阳能集中浴室，可减少村民安装家庭用太阳能热水器的一次性投资，使资源得到合理配置。 太阳能集中浴室利用太阳能制造热水，没有燃烧，没有排烟，对防止空气污染、保护环境具有积极的促进作用，是理想的清洁能源，在倡导节能环保的社会主义新农村建设中将起到积极的示范作用。

6、鉴于在农村建设太阳能集中浴室的可行性和必要性，特提出以下太阳能浴室建设方案： 设计方案 （一）整体方案 家用太阳能热水器通常采用自然循环式，对集体用大规模太阳能热水系统，则需采用定温温差强制循环式。强制循环式太阳能热水系统采用图 1 所示的工作原理。 图一：系统运行原理 系统工作原理 集热器温度与储水温度差达到设定上限时，太阳能系统水泵启动，提升储水箱温度。 集热器温度与储水温度差低于设定下限时，太阳能系统水泵停止，集热器及系统管道中德水排回储水箱（排空防冻） 。 用水时，若储水温度低于设定值时，辅助能源启动加热（即热或半即热的方式）并通过系统水泵将热水送出。 系统特点 a) 自动循环加热功能

7、：系统控制器对上述循环过程进行实时控制，通过温度及水位的检测，达到太阳能集热系统的自动化运行。 b) 自动补水功能：太阳能系统采用电磁阀向太阳能水箱自动补水的方式。 c) 集热器排空防冻功能：要达到全天候供应热水的目的，解决太阳能系统的北方冬季“防冻”问题是关键所在。传统意义上的防冻，一般采取电伴热带或加强保温的方式进行，这种方式耗电且受电源和电伴热带保温设备可靠性所限的缺陷，因此，推荐采用机械排空的方式，彻底达到防冻的目的。 （二）系统设备组成 太阳能定温温差循环系统包括：太阳能集热器，太阳能储水箱，太阳能循环水泵，双向单流阀，辅助能源，辅助能源循环水泵，换热装置，全自动控制器，用户供水自动

8、增压泵，回水电磁阀，恒温混水装置，用户淋浴系统。 （三）太阳能热水系统设计方案 1热水系统的设备方案 （1）太阳能集热器 太阳能集热器布置在浴室屋顶；若浴室周围较为空旷，可考虑在地面架设太阳能集热器。 目前市场上常见的集热器有平板集热系统和真空管集热系统，相对真空管集热系统，平板集热器系统具有以下优点： a）平板集热器无真空度要求，涂层无发白现象，热性能长期稳定，整体性好，使用寿命长； b）平板集热器系统中的水或工质在金属管道内流动，不直接接触玻璃盖板，不会出现因骤冷或骤热而引发暴管导致系统瘫痪的情况； c）平板集热器形状可灵活设计，其尺寸可与建筑材料的模数及建筑结构相适应，达到与建筑一体化的

9、效果； d）平板集热器承压性能好，系统运行稳定； e）平板集热器年产水量高，特别是产 70 度以下生活热水时效率高于真空管集热器； 综上所述，平板集热器具有整体性好，寿命长，故障率低，无安全隐患等优点，排空防冻技术从根本上解决了北方冬季平板系统无法使用的遗憾，保证系统在任何条件下都不会发生冻损。基于平板型集热器在工程应用上的这些优势，在农村太阳能集中浴室项目中我们建议选用平板型集热器。 （2）热水储水箱 考虑到屋面承重及屋面太阳能板的安装空间限制，热水储水箱采用低位安装，考虑到减小浴室整体面积，降低总体投资，将贮水箱放置于浴室平房临近空地、其他可利用公建或公共场地，利用热水循环泵将热水送到浴室

10、用水点。 （3）辅助能源 辅助加热设备-生物煤锅炉安装在浴室设备间内。 生物煤是以废弃秸秆、稻壳为原料加工而成的新型生物质再生能源，该原料在农村极为普遍和充足，成本低廉，且加工过程简单。 （4）采用脚踏式淋浴器，淋浴器出水采用磁卡计量。 通过踏板来控制水流的开与关，具有卫生、节水效果明显且价格较为低廉等特点。为控制洗浴人员单次洗浴用水量和洗浴时间，建议在淋浴器出水管上加设磁卡计量，提高洗浴人员的节水意识。 2.设备选型计算（以北京地区为例） 下面以总人数为 1000 人的村庄为例进行说明。 （1）.设计参数设置 a）人均用水定额：依据民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB/T50364，参照太

11、阳能热水系统的实际使用经验，并结合农村生活习惯等因素，确定每人每天日均热水定额为 40L； b）用水温度：考虑到热水的最终用途为洗浴，以及太阳能集热器的热效率随温度升高而下降的情况，最终确定太阳能产水温度为 45； c）用水时间：定时供应生活热水； d）日平均用水人数的确定： 根据农村生活习惯，现阶段设计每人淋浴频率为 47 天/次，考虑到一周内每天淋浴人数的不均衡性，1000 人村庄按 30%的比例即 300 人/日的使用规模来设计浴室。建议按照每日淋浴人数为总人口数的 2040%的比例设计浴室规模,总人口数越少，该比例相应提高。 （2）太阳能集热器面积 采用平板型太阳能集热器， 1000

12、人村庄日均用水量为 12000L，则需安装集热器面积按 GB/T 503642005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范理论计算公式： 直接系统集热器采光面积，m2 日均用水量， 水的定压比热容，kJ/（kg） ，一般选用 4.2kJ/（kg） 储水箱内水的设计温度，取 45 水的初始温度，北京地区地下水温取 12 太阳能保证率，%，根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，宜为 30%80%，我们选取 60% 当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，北京地区为16712KJ/m2 集热器的年平均集热效率，按实际测试结果选取 50% 储水箱和管道的热损失率，根据经验取

13、值宜为 20% 将上述数据代入公式： AC=12000X4.2X(45-12)X60%/16712X50%(1-20%)=149.3 m2 选用集热器面积为 150m2。 （3）太阳能蓄能水箱的设计 考虑到太阳能集热器的功率及日照时间与用户用水量、用水时间存在的差异性，设计水箱容量为全天总用水量1.25。 即 12000L1.25=15000L 水箱容积选取 15m3。 （4）辅助能源功率设计 由于太阳能热水系统的供应具有不确定性，因而辅助能源加热设备的功率需按系统最不利工况，即太阳能系统不工作时（阴雨天）确定。 太阳能定温放水系统辅助加热功率计算公式为： =/860X=12000(45-12

14、)/860X10=46kw 辅助能源功率，KW 日均用水量， 储水箱内水的设计温度与水的初始温度的温差， 设计全天用水量的加热时间，h，定温放水系统一般选用 10 小时 若浴室采暖也由生物煤锅炉供给，则生物煤锅炉功率应为辅助能源所需功率和采暖功率之和。 （四）给排水设计： 1. 给水：太阳能热水系统的冷水给水可采用各村自有水井供水，同时对系统的补给水采用硅丽晶软化处理。 2. 热水供水：系统供水采用低位水箱加水泵强制循环方式。采用水泵强制循环热水的系统，需设置回水管。热水管路在浴室外的部分，需采取保温措施。 3. 排水:用 UPVC 塑料排水管引至附近的排水管，汇入本村污水池一并处理。洗浴污水具有污染程度低、易分流、便于收集等特点。 参考文献： 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 GB50364-2005 建筑给排水设计规范 GB 50015-2003（2009 年版） 建筑给水排水设计手册公共浴室李天如