高层住宅楼太阳能热水方案

高层住宅楼太阳能热水方案

王士军靳洪文孙玉铭

王士军靳洪文孙玉铭山东华新房地产开发有限公司271000

摘要介绍一种高层楼房太阳能热水实施方案，由于住户多，楼顶面积小，不能满足一家一台太阳能热水器的要求，只能集中集热；由于楼层高，压力差大，对材料和管件的选用也是个考验；业主使用舒适，物业管理方便。

关键词集中集热；分户水箱；间接换热；伸缩节

1.前言

太阳能热水工程是指利用光热转换技术将光能转换为热能，再利用所得到的热量达到热水供应的目的。因为土地有限，城市住宅普遍建设小高层、高层楼房，由于住户多，楼顶面积小，不能满足一家一台太阳能热水器的要求，只能集中集热；由于楼层高，水压差大，对材料和管件的选用也是个考验；怎样保证业主使用舒适，物业维修管理方便，是高层太阳能热水器的发展方向。本方案位于山东省泰安市，24层楼，一梯两户，两个单元，共96户

2.太阳能热水系统设计计算

2.1基本参数：（1）24层楼，96户，采用太阳能集中集热、分户水箱系统模式，在屋顶集中安装太阳能集热器，并在每户卫生间设分户储热水箱，配以1.5KW电辅助加热，提供个性化的生活热水需求。（2）用水总量：每户均配置100L分户水箱,96户合计日供水9600L；（3）供水温度：50℃；（4）供水时间：24小时提供热水；（5）给水系统：采用自来水系统给水；（6）加热系统：采用太阳能与常规能源（电加热）相结合；（7）冷水计算温度：当地地下水温为10-150C，取100C。

2.2设计依据

（1）热水消耗定额（摘自：《民用建筑太阳热水系统工程技术手册》）：

（2）冷水计算温度（摘自：《民用建筑太阳热水系统工程技术手册》）：

2.3太阳辐照量及集热面积计算：

山东属于我国三等太阳能辐照度地区。参照山东地区太阳能辐照资料，年照时数大约为2200-3000h/a；辐射量4895.39MJ/m2.a（2001年辐照量）。

国家气象中心提供的《中国气象辐射资料年册》（2001年），山东地区太阳辐照资料月均日及年总辐射数据（单位MJ/m2）：

以上是山东地区太阳日辐照量，根据这些数据，我们以春秋季节为平均值，可以计算每100L水需要的集热面积，每个系统都可以此标准计算集热面积和集热器用量，具体的计算公式如下：

根据上述公式计算：100L热水需要配置1.6m2集热面积。

（1）在本次方案的设计中我们采用了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，间接式系统需要再增加25％的集热面积。

（2）由于该系统的循环管道要穿过各户的卫生间连接分户水箱，每户平均有9米DN32管道，有一定的热量损失，因此每户要增加0.3—0.5M2的集热面积作为补偿。

根据上述两项，每户平均的集热面积为：

A=Ac×1.25+0.3=2.3m2

2.4集热器的数量

按照以上计算的集热面积和楼顶安装空间，24层，2个单元，1梯2户，共96户，2.3平/户，安装一套太阳能热水系统，合计集热面积220.8m2，基本满足系统要求。

2.5分户的水箱配置

根据该楼座具体的情况，我们为每户设计了100升的储热水箱，保证3个人的正常用水，该水箱可以通过底部的换热盘管与集热循环管路换热，分户水箱上还有电加热器，在太阳能量不足的情况下，可以启动辅助电加热，保证正常使用。

3、系统工作原理

3.1集热循环

每日太阳辐射达到一定强度时，集热器温度T1开始上升，当集热器温度达到控制器的设定温度(T1≥60℃)，且集热器出口与集热器进口的温差（T1－T2≥8℃）时，集热器循环水泵开始启动，集热器内的高温热水均匀的输送到每个换热盘管，通过换热盘管将热量传递给每个分户水箱。

3.2换热供水

该系统的热水供水同电热水器的使用完全一样，自来水接入水箱底部，用水时只要打开阀门，冷水就会自动将储热水箱的热水顶出，并且保证和冷水一样的压力。

3.3辅助热源

我们在储热水箱上安装了电加热管，如果太阳能量不足时，用户可以使用辅助电加热。分户水箱的控制器可以设定加热时间和加热温度，加热温度的上限值为60℃，这样可以避免集热循环将分户水箱的热量带走，设定加热时间可以设定加热的启动时间和停止时间，有效地节约能源。

3.4控制

PLC智能控制，全自动运行。采用太阳能综合控制程序，具有显示水温、水位、太阳能运行状态、故障报警、远程控制等功能。

3.5防冻

在集热管道上，我们设置了电伴热带，在管道温度低于2℃时启动伴热带，达到4℃时停止，避免天气寒冷时出现冻管现象。

4.几项说明

4.1缓冲水箱的设计

在楼内循环管道和楼顶集热器之间，我们设计了缓冲水箱。

4.1.1缓冲水箱的作用有两个：缓冲水箱敞口设计，可以保证集热器末端压力为零；

吸纳由于系统水的温度变化而引起的膨胀量。

ΔV=Δe×V,V：系统总水量,ΔV：膨胀量

Δe：水由20℃---75℃的膨胀系数，取0.03

4.1.2缓冲水箱的容量一般是膨胀量的两倍，一半保证正常循环，另一半随时准备吸纳膨胀量。根据上表，将一个楼做成一个系统，缓冲水箱的容量为300升.

4.2分户水箱系统

（1）分户管井可以用预制板制作，吊顶以内部分可以只保温，不做管井，以便于维修。

（2）集热器可以根据每座楼的具体情况，选择合适的集热器类型，但集热面积保持不变。

（3）管件总成包括进出水管的阀门，排气气针，以及连接管。

（4）管道包括户内管道和楼顶集热器的循环管道。

（5）集热附件包括系统共用的循环水泵、缓冲水箱、控制器等部件。其中缓冲水箱内外均为不锈钢材料，中间保温厚度80mm,容积根据系统的大小分别在250升—500升之间。

4.3集热和储热循环

集热和储热循环是两个独立的循环系统，通过热媒（水或防冻液）循环，将两个系统联系起来，达到间接换热的目的。

5结语。通过以上高层太阳能方案的设计和应用，得到以下结论和启示：

5.1集热和储热循环系统相对独立，业主分户水箱使用的是自己家的自来水，避免了浪费现象，达到了节水目的。

5.2业主分户水箱辅助电加热使用的是自己购买的电，业主可以个性化使用，供热不足，可以电辅加热。

5.3相当于免费提供给业主一定的热量和一个水箱，方便了物业管理，提高了该楼盘的品质。

5.4由于楼层较高，循环立管热胀冷缩位移较大，通过计算，每隔三层设计安装一个伸缩节，消除它的竖直位移，避免损坏入户三通。

参考文献

【1】郑瑞澄主编.《民用建筑太阳热水系统工程技术手册》.北京：化学工业出版社，2006

【2】GB/T17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》

【3】GB/T17581-2007《真空管型太阳能集热器》

【4】GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》.北京：中国标准出版社，2002