1、两个典型太阳能热水系统工程设计探讨摘要:太阳能是一种取之不尽，用之不竭的安全，清洁，无污染的可再生能源。现在越来越多的地方和法规都要求使用太阳能热水系统。西安就出台了西安市民用建筑太阳能热水系统应用技术规范DBJ-2012。规范要求，自 2013 年 3 月 1 日起，西安市新建、改建和扩建的民用建筑必须采用太阳能热水工程系统，并太阳能与建筑一体化统一规划、同步设计、同步施工、同步验收。 规范中，居住建筑特指住宅、商住楼的住宅部分、公寓、老年公寓、别墅及职工宿舍、职工公寓、学生宿舍、学生公寓等；公共建筑特指医院住院产、康复中心、疗养院、宾馆、旅馆、招待所、有住宿功能的饭店、酒店等。现就本人设计
2、过的两个关于太阳能设计得工程做以下探讨。 关键词:太阳能 可再生能源 低碳环保热水系统辅助热源 中图分类号：TK511 文献标识码： A 引言：随着工业化和城市化进程，环境破坏和空气污染，日趋严重。拿西安地区 2013 年 12 月的天气来说，整个西安地区一个月内有十几天都处于雾霾的笼罩之中。大多数 PM2.5 的值都近 500，甚至于有几天 PM2.5达到 700 多，直接爆表。整个城市都在雾蒙蒙的状态。给城市的出行和工作都带来了极大的不便！严峻的现实表明，在我们大踏步向现代化建设的过程中，如何减少环境污染，更多的使用低碳环保，清洁无污染的可再生能源已成为城市发展所不可忽视的问题。本文选择了
3、两个较典型的太阳能热水系统过程，在设计过程中介绍下太阳能使用的不同形式。 渭南敬老院太阳能热水系统 工程概况： 本工程为渭南市临渭区中心敬老院,位于阳光路以西。本次设计范围为 1#楼养老院,为二类多层公共建筑.本子项目为 1#楼，地上 6 层，建筑高度为 18.0 米。总建筑面积：4805.37 m 设计分析：西安位于北纬 34.3 度，东经 108.9 度,海拔 397 米，属暖温带半湿润大陆性季风气候，太阳能辐照第 III 类地区，年平均气温为 13.3，太阳辐射年日均量约为 13.29MJ/m2，晴天平均日照时间为4.94 小时。太阳能使用效果比较理想的时段集中在每年的 6、7、8 三个
4、月。 3.设计参数： 根据敬老院的使用功能和建筑构造形式，采用集中太阳能布置性质，都放在六层屋面的钢屋架上，统一布置，统一管理。 热水用水量计算 热水定额：60L/人.d（60） ，1#楼客房数 82 间，总人数 164 人，小时变化系数 Kh=3.0，用水时间 24 小时， 日热水量：Q=60*164/1000=9.84 m3/d 取 10 m3/d 小时耗热量：W=Q(t2-t1)=3.0164*60*4.187(50-4)*0.9857/24=0.28106KJ/h 采用太阳能+水箱内电加热系统 集热水箱、供热水箱各 5 m3。太阳能集热面积约为 190 平方米。 屋面太阳能及机房布置图
5、如下 2）本工程最高日热水（50）用水量为 10 m3/d。 耗热量为279200kJ/h。 系统为闭式。热水循环管道采用同程布置的方式，采用干管和立管循环。 系统冷水计算温度：5，热水计算温度 50 度； 3）太阳能集热系统集热系统配置：采用真空管型集热器。 真空管型集热器日产水量：80kg/平方.天； 采用联集管集热器，尺寸为 3.680*4.307，一套的换热量约为一吨。故本工程采用十套联排布置。根据建筑屋面构造和集热器大小，该系统设计安装 190 平方平板太阳能集热器，放置在屋面钢支架上。屋面机房设 5 吨的集热水箱和 5 吨的供热水箱。太阳能的安装倾角约为 33 度 集热方式：集热器
6、和水箱之间温差循环，为非承压系统。 4.工作原理： 4.1 本系统采用定温进水、温差循环的运行方式，晴好天气充分利用太阳能，阴雨天气或光照不足时，使用辅助加热。 4.2.运行方式 4.2.1 定温进水：当集热器温度达到设定温度值 45时，上水电磁阀自动开启，将集热器中的热水顶进储热水箱，集热器温度低于设定温度时，电磁阀自动关闭，停止上水。系统吸收太阳热量储存于集热器内的水中，使温度继续升高，然后再开启，再关闭。通过这样一个不断重复的过程，把太阳的能量转化为热能，直到把储热水箱的水加满。 4.2.2.温差循环：储水箱水满后，只要有阳光辐射，集热器的水温必然继续升高，当集热器的水温高于水箱底部温度
7、 8时，循环泵启动，系统开始循环，水箱继续增温，直到两个水箱的水温接近时，循环泵停止工作。这样即可保证太阳能得到最充分的利用。 4.2.3.辅助加热： .自动监测水温：阴雨天气或光照不足水箱水温低于设定值 45时，控制系统自动打开辅助热源，水温达到设定温度时，辅助热源自动关闭。.自动监测水位：当洗浴人数较多，用水量过大，水箱水位降到 20%时 ，进水电磁阀自动打开，向水箱注入自来水水，同时启动辅助热源，温度升到设定温度时自动关闭，从而保证及时供应热水。 二、西安交通大学一/二村危旧房改造工程(二期)太阳能热水系统 1.工程概况：本工程为西安交通大学一/二村危旧房改造工程(二期)位于陕西省西安市
8、雁塔区西安交通大学家属区. 本期设计包括15#、16#、18#、19#，26#、27#、28#七栋高层住宅，其中 18#地上 24 层，建筑高度 70.05m 其它住宅地上均 32 层。建筑高度 93.25m。地下两层汽车库，塔楼地下室为平战结合六级人防及设备用房。二期工程总占地面积为 8.7558Ha,总建筑面积为 237998.05 m 2.设计分析 太阳辐照量： 西安市属 III 类太阳能辐照区，为太阳能资源一般区，取西安市太阳辐照量为计算依据，依据国家建筑标准设计图集 06SS128太阳能集中热水系统选用与安装中附录一主要城市各月设计用气象参数中选用，西安位于北纬 34.3 度，东经
9、108.9 度,海拔 397 米，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温为 13.3，太阳辐射年日均量约为13.29MJ/m2，晴天平均日照时间为 4.94 小时。太阳能使用效果比较理想的时段集中在每年的 6、7、8 三个月。 3.设计参数： 本工程属于高层住宅，总建筑密度 30.96%，据建筑构造和利于设备管理。本设计太阳能热水系统采用阳台壁挂分体式太阳能热水系统。辅助热源为常用的家用燃气热水器系统.由于 16 层，楼层低，日照时间短，太阳能热水系统效果不明显。故小区 16 层住宅用户不采用太阳能热水系统，热水系统为家用燃气热水器系统。 1）热水量计算 Ac=Qw.C.(Tend-Ti).
10、F/Jt.Ncd.(1-n) Ac-直接系统集热器采光面积，(m2a) Qw-日均用水量 Kg,(80Kg) Tend-储水箱内水的终止温度（用水温度） ，45； C-水的定压比热容，4.18KJ/KG Ti-水的初始温度，5 根据上述公式计算：直接加热系统加热 80L 水需要 1.367 平方米集热面积该方案设计采用的是夹套式间接加热的换热方式，换热效率和循环管路都要对整体 效率产生一定的影响，换热的换热因子，无量纲，0.85 根据上述公式计算：间接加热系统 80L 水需要 1.6 平方米集热面积。则每户 80L 储热水箱需要集热面积为 1.6 平方米。 故每家需要增加一个 80L 承压夹套
11、水箱，据每家的实际情况放置在生活阳台，或是卫生间内。 2）太阳能集热器的确定： 考虑到高层的安全问题，本系统采用平板型太阳能集热器，根据阳台宽度，采用长 1950mm*宽 820mm*厚 95mm 的平板集热器。 考虑到安装后的美观效果问题，集热器采用垂直安装，冬季效果会相对较好，夏季因为阳光直射效果会受一定影响。 3）工作原理：系统采用夹套式承压水箱，太阳能集热板吸收太阳能热量，与夹套内的介质循环，将夹套内的介质加热，介质再将热量传递到水箱内的水中；系统的加热过程是反复不断的通过循环来实现。当在日照不足时，用户可以启动电加热，将水箱中的水加热到使用温度，电加热自动停止，加热可以手自动双控制；
12、系统供水为顶水式，用户打开用水末端，冷水进入水箱底部，将热水顶出，因冷热水压力相同，避免了热水忽冷忽热现象。 4）系统控制： 本系统热媒介质采用防冻液（夹套内） ，水箱内胆内为水。集热器温度高于水箱温度时，夹套内的介质和集热器内的介质会由于密度差而进行自然循环，通过不断循环将水箱内的热水加热到使用温度。水箱上配置的有控制显示面板，可以显示水箱温度，在阴雨天气可以进行辅助加热。集热方式可以采用定时或者手动即时加热方式，加热到设定温度自动停止加热。 结语：采用了太阳能洁净绿色能源，避免了矿物燃料对环境的污染。因此，系统在制热水的过程中没有粉尘悬浮微粒的污染，也没有废渣、废水物的产生，更没有硫化物、
13、氮化物、一氧化碳和二氧化碳的排放，符合国家环保政策，利国利民，为用户提供了一个干净、舒适的生活空间。太阳能的优势是显而易见的，属于可再生能源，且节能环保绿色经济。当然它也有一定的缺陷性，具有不稳定，低密度，且无法保证提供持续恒定的热源。因此该系统必须设置辅助加热设备及储热水箱 随着能源日益紧张，以及国家和地方节能法规的相继出台，节能减排成为建筑设计的必然选择。太阳能热水系统相对而言是技术较为成熟的可再生资源利用方式。合理选择太阳能系统对工程项目的投资以及能耗对环境的影响在设计中将越来越重要。 参考文献资料 建筑给水排水设计规范GB50015-20032009 年版 住宅建筑太阳能热水系统整合设计 太阳能集中热水系统选用与安装06SS128 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB50364-2005 全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇给水排水2007 年版
