太陽能熱水器集中供熱系統(tǒng)設(shè)計實例

1、太陽能熱水器集中供熱系統(tǒng)設(shè)計實例作者：陳偉 日期：20024180前言目前我國大力提倡環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約，使得太陽能技術(shù)得到長足的發(fā)展。家用太陽能熱水器走進(jìn)了千家萬戶。據(jù)資料顯示：太陽能熱水器具有節(jié)約常規(guī)能源、不會造成環(huán)境污染、使用方便、經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)點。浙江省年 平均日照量在2000h以上，太陽能的利用具有很大的潛力。但是太陽能熱水系統(tǒng) 尚未納入建筑給排水設(shè)計，造成住戶在購買商品房后各自安裝太陽能熱水器，因 沒有統(tǒng)一的規(guī)劃，使得布置上零零落落；且現(xiàn)在新建住宅取消屋頂生活水箱，采用 變頻泵供水，住戶只好用塑料管沿外墻把冷水接至太陽能熱水器，再沿外墻把熱 水引下,在外墻鑿洞進(jìn)入室內(nèi)。由于所采用

2、的塑料管顏色不一、管徑各異，未采取 可靠的固定措施，一遇大風(fēng)隨風(fēng)擺動，極易造成事故；且水管如蜘蛛網(wǎng)般布在外墻 面,墻面上千瘡百孔，遇漏水,墻上水漬斑斑，嚴(yán)重影響市容市貌。針對上述情況，筆者考慮在住宅給排水設(shè)計時應(yīng)把太陽能熱水系統(tǒng)作為設(shè)計內(nèi)容之一，以避免上述情況的出現(xiàn)。本文是太陽能熱水器集中供熱系統(tǒng)在住宅小區(qū)的設(shè)計應(yīng)用情況，不足處敬請同行指正。1工程概況該住宅小區(qū)位于浙江省衡州市城東分四期開發(fā)。前三期未考慮太陽能熱水系統(tǒng)，住房出售后住戶反映強(qiáng)烈，因安裝熱 水器而引起的鄰里糾紛不斷。四期建筑面積4.2萬m2,都為6層帶躍層住宅一梯 兩戶，為坡屋頂。供水方式為小區(qū)消防生活水池-變頻泵-用戶,取消屋頂

3、生活水 箱。水池集中設(shè)置在小區(qū)綠化帶內(nèi)。結(jié)合前三期的經(jīng)驗，改變以往先建設(shè)后配套 造成的重復(fù)施工、重復(fù)破壞，并相互搶占屋面、安裝混亂的不合理做法。決定四 期工程太陽能熱水系統(tǒng)與主體同步設(shè)計、施工，并同步交付使用。設(shè)計中優(yōu)化太 陽能屋面熱水器設(shè)置及循環(huán)水系統(tǒng)，有效利用屋面空間、科學(xué)選擇熱水器朝向、 合理配管、充分發(fā)揮設(shè)備功效。2太陽能熱水器的選型浙江省市場上太陽能熱水器品牌繁多，所以選型是整個設(shè)計的關(guān)鍵。設(shè)計人員協(xié)同開發(fā)商本著 如下原則選型：生產(chǎn)廠家應(yīng)具有多年的生產(chǎn)經(jīng)驗、技術(shù)力量雄厚，有完善的售后 服務(wù)體制。太陽能熱水器貯水箱耐腐蝕、無毒、保溫性能好、外形美觀。要 求產(chǎn)品熱效高、強(qiáng)度大、質(zhì)地輕、設(shè)

4、備運行可靠、故障少。價格合理，以減少開發(fā)商的投資。經(jīng)多方比較后，確定選用帶臥式副水箱全自動型產(chǎn)品（坡屋頂式）。該型號適用于坡屋頂，克服了現(xiàn)有技術(shù)各種太陽能熱水器重心高，在坡屋 頂上安裝困難等缺點，安全可靠、外形平整,成片安裝整齊美觀。安裝貯水箱位置 由建筑專業(yè)做相應(yīng)處理。表1為該產(chǎn)品與浙江省家用太陽能熱水器地方標(biāo)準(zhǔn)的比 較情況,表2為該產(chǎn)品性能參數(shù)。表1選定產(chǎn)品與省標(biāo)比較表2性能參數(shù) 從表2中可以看出該產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：（1）集熱效率高。外表面采用選擇性Al一N/AI吸收涂層,該涂層對太陽能吸收率高達(dá)0.93以上,發(fā)射率V0.060內(nèi)外管間真空度v5X10-3Pa,空曬溫度可達(dá)250C左右；夏

5、季水溫可達(dá)90C,冬季也能產(chǎn)生45C以上熱水。保溫性能好。該水箱保溫層由高效保溫材料聚苯乙烯與聚膠脂發(fā)泡而成，保溫性能是普通聚苯乙烯泡沫板的3倍，能保溫48h以上。（3）使用壽命長。產(chǎn)品外殼采用進(jìn)口雙涂彩板和不銹鋼，防腐抗老化性能好。真空集熱管采用特硬高砌硅玻璃制造，能承受0.6MPa壓力和2.5cm冰雹,理論壽命為15年。3全自動型工作原理位于住宅單元底層的上水閥處于常開狀態(tài)，自來水經(jīng)上水管及臥式副水箱中浮球閥自動上水，水 滿后浮球閥自動關(guān)閉。在使用時，主水箱中的熱水經(jīng)熱水管及各配水點流出，副水 箱中的水給主水箱補充，副水箱水面下降、浮球閱下降并自動補水，主水箱在自動 運行狀態(tài)下總是充滿水。

6、副水箱的水是通過一個混水裝置補進(jìn)主水箱的，可保證在使用熱水時，主水箱中的熱水緩慢均勻降溫，避免驟冷驟熱現(xiàn)象的發(fā)生。而且當(dāng) 自來水水壓不穩(wěn)時，只要夜間或其它時間自來水水壓恢復(fù)正常，一小段時間后冷 水即通過副水箱的浮球閥自動補滿。因進(jìn)水口在水平面之上，故再停水時水也不會倒流。4設(shè)計過程4.1集熱采光面積的確定太陽能熱水器的采光面積與集熱器的熱性能、使用期間的氣象條件、用戶所需的水量和水溫等諸 多因素有關(guān)。該住宅小區(qū)設(shè)計熱水量為120L/（人d）,在計算熱水量時每戶按4人考慮。每一單元熱水量V=120X4X12=57604按每平方米集熱面積可產(chǎn)40C熱水80L計算,則一個單元需真空管集熱面積為72m

7、2,選用12排ZT24（ 1.5）型太 陽能熱水器。聯(lián)接方式為并聯(lián)的集熱器組并聯(lián)，如圖1。該系統(tǒng)具有自動補水功 能,無人值班,通過自動控制的水泵循環(huán)換熱。即使單支集熱管損壞，整個系統(tǒng)照常運行。4.2循環(huán)系統(tǒng)為避免管網(wǎng)內(nèi)積存有冷水的情況，設(shè)計時采用 循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)的方式，采用溫度控制器控制泵的循環(huán)。室內(nèi)管道設(shè)計為串聯(lián)式以加大各支路水頭損失，使得各支路循環(huán)阻力相對平衡。循環(huán)水泵的揚程應(yīng)足以 克服管道阻力,流量取2L/(minm2)的集熱面積。循環(huán)水泵采用單相式,安裝位 置設(shè)在系統(tǒng)上部，因安裝在室外，設(shè)計時采取安裝防護(hù)罩的保護(hù)措施?？紤]到其電 能的收費問題一直是房管部門及住戶最傷腦筋的事，既不能及時

8、收取電費還影響鄰里關(guān)系，設(shè)計采用CKJ-F3型樓宇公共用電均分器。該產(chǎn)品由固態(tài)雙向晶閘管分 時輸流導(dǎo)通，達(dá)到均分電能的目的，由于集成電路振蕩器周期誤差近似零，均分器 精度較高。安裝時只須與單元各用戶電表相連，然后把負(fù)載輸入端子與水泵相連 即可。4.3熱水管道布置及計量在進(jìn)行給排水設(shè)計時將室內(nèi)熱水管納入住宅廚衛(wèi)設(shè)計中、合理布置。廚衛(wèi)間太陽能熱水管集中設(shè)于管道井中，熱水支管暗敷在墻內(nèi)。因每戶擁有兩套衛(wèi)生間及一套廚房，用水點分散；因樓面采用預(yù) 制險板及廚衛(wèi)部分樓面為現(xiàn)澆板，配水管采用暗敷不可行，明敷則影響美觀。故采 用每個衛(wèi)生間和廚房分設(shè)管道井。 本工程在每戶衛(wèi)生間及廚房間分別設(shè)置冷、熱水遠(yuǎn)傳式水表

9、。4.4管材的選用及保溫因屋面熱水管長期暴露在外，受太陽曝曬。陽光中的紫外線加速管道老化，所以設(shè)計時選用了黑色的鋁塑復(fù)合 管,室內(nèi)熱水管為桔紅色熱水型鋁塑復(fù)合管。鋁塑復(fù)合管導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于銅管，一般情況下總熱損失小于銅管。這樣相應(yīng)減少循環(huán)流量，降低運行成本。屋面保溫材料采用單面開口高發(fā)泡聚乙烯管殼，厚度不小于15mm保溫材料包覆后，屋 面熱水管應(yīng)外纏兩道寬度為100120mm厚度為0.22mm黑色聚氯乙烯薄膜保溫 層,保護(hù)層外表用1mm浸塑鐵絲扎緊，間距為400450mm4.5太陽能集熱器的安裝方位集熱器的最佳布置方位是朝向正南，允許向西偏離15。以內(nèi)，否則將影響熱水器表面上的太陽能輻射強(qiáng)度。集

10、熱器傾角的確定，根據(jù)全年使用經(jīng)驗公式ap +(50100)式中a-集熱器的傾角；書-當(dāng)?shù)鼐暥取ａ橹菔兴幘暥葹?9。，得傾角為a =290 +80 =370太陽能熱水器前后排不擋光的最小距離可由下式計算：S=(H/tgas)xcos丫s式中S-不擋光最小距離；H-集熱器前面物體高度；a-太陽高度角；YS-方位角,本設(shè)計該值取0。本設(shè)計結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況按相隔1.8m考慮。5安裝要點(1)按照設(shè)計確定的集熱器最佳布置方位安裝不銹鋼支架、主水箱和尾座。因玻璃真空集熱管空曬會產(chǎn)生200C左右的高溫。如立即上水將會使真空集熱管炸裂。所以安裝時應(yīng)從紙箱中取一支裝一只。先往集熱管中灌水，套上裝飾圈用肥皂溶液

11、涂抹集熱管口部的外壁約1015c m長使之潤滑。邊旋轉(zhuǎn)邊緩慢插 入水箱孔內(nèi)硅橡膠封水圈中，然后將集熱管小心地旋轉(zhuǎn)后退，使集熱管尾部退入 尾座箱塑料托底部。（3）選擇好朝向，安裝支架、主水箱和尾座，熱水器支架四個腳應(yīng)分別安裝L型鐵片,并用險埋好。調(diào)整好各部件位置，并用抱箍帶將水箱 固定,防止大風(fēng)將熱水器掀翻而造成事故。（4）安裝時應(yīng)注意不可把出氣孔堵塞,否則會因正壓鼓壞或負(fù)壓抽癟損壞熱水箱。（5）安裝副水箱的順序是：將連接主副水箱的塑料管涂上皂液，經(jīng)檢修孔由副水箱內(nèi)向外穿出，再插向主水 箱上部對應(yīng)的孔內(nèi)，同時套上環(huán)狀保溫墊，最后在安裝并收緊副水箱的包箍帶后，將副水箱內(nèi)的塑料管再次用力按一下，使之插到位防止?jié)B漏。（6）太陽能熱水器各支架與屋面避雷網(wǎng)可靠連接，以防雷擊。（7）集熱系統(tǒng)的感溫元件應(yīng)安裝在最后一塊集熱器的出水處，而不要安裝在回水管路上，否則感溫元件不能 及時反映熱水器中的水溫，造成系統(tǒng)集熱效率下降。6小結(jié)該太陽