小高層住宅太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院

梁萬(wàn)軍

師前進(jìn)

陳超

摘要：以某住宅小區(qū)小高層(10層)住宅為例，對(duì)其太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，介紹了其采用的集中集熱、分散利用兩用燃?xì)鉅t(采暖、生活熱水)輔助加熱的系統(tǒng)形式(即采用集中集熱，分戶供熱的方式)。對(duì)該系統(tǒng)冷熱水壓力平衡，管網(wǎng)內(nèi)的存水利用，系統(tǒng)的過(guò)熱和防凍，熱水計(jì)量、計(jì)費(fèi)與住戶使用意愿的協(xié)調(diào)等問(wèn)題進(jìn)行解析、探討。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)小高層住宅系統(tǒng)控制節(jié)能

1工程概況

北京某擬建小區(qū)，甲方要求設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。該小區(qū)由5棟6層(1#、2#、3#、4#、5#)住宅樓及2棟小高層住宅樓(6#樓10層，7#樓11層帶躍層)組成，每棟樓均獨(dú)立設(shè)置集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。對(duì)于小高層住宅的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，存在以下難點(diǎn)：①在分區(qū)供水且冷、熱水供水壓力不同源的情況下，如何解決冷熱水壓力平衡的問(wèn)題；②熱水供水管網(wǎng)內(nèi)的存水利用問(wèn)題；③系統(tǒng)的過(guò)熱和防凍問(wèn)題；④熱水計(jì)量、計(jì)費(fèi)與住戶使用意愿的協(xié)調(diào)問(wèn)題。圍繞這些問(wèn)題，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)反復(fù)斟酌，采用了集中集熱、分散利用兩用燃?xì)鉅t(采暖、生活熱水)輔助加熱的系統(tǒng)形式(即采用集中集熱，分戶供熱的方式)?，F(xiàn)以6#樓為例，對(duì)這種系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，熱水儲(chǔ)水箱，熱水供、回水管道，熱水變頻加壓設(shè)備(兼熱水供水、回水循環(huán))及兩用燃?xì)獗趻鞝t輔助加熱設(shè)備組成。系統(tǒng)原理見圖1。

太陽(yáng)能集熱器與熱水儲(chǔ)水箱通過(guò)溫差控制、強(qiáng)制循環(huán)對(duì)冷水作預(yù)加熱。制備的預(yù)加熱熱水經(jīng)熱水變頻加壓供水設(shè)備，通過(guò)生活熱水管道送至各戶的兩用燃?xì)獗趻鞝t，壁掛爐內(nèi)的進(jìn)水管路上設(shè)置感溫分流控制閥，若進(jìn)水溫度≥45℃，熱水通過(guò)爐體內(nèi)的分流閥直接向用戶供應(yīng)熱水，若進(jìn)水溫度<45℃，熱水通過(guò)分流閥進(jìn)入燃?xì)獗趻鞝t進(jìn)行輔助加熱后向用戶供應(yīng)熱水，輔助加熱的出水溫度建議不超過(guò)60℃。在此，用戶也可以自由設(shè)定進(jìn)水管路上的溫度判定值。

圖1太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)管道原理

3解決方案

(1)冷熱水壓力平衡問(wèn)題

首先通過(guò)對(duì)最不利點(diǎn)進(jìn)行水力計(jì)算，選擇和給水供水末端壓力匹配的熱水變頻加壓設(shè)備的揚(yáng)程參數(shù)，盡量做到壓力源頭平衡。再進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備啟動(dòng)，開始強(qiáng)制循環(huán)；T4-T5<△T3(5℃)時(shí)，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。電磁閥設(shè)置于生活熱水系統(tǒng)回水管的末端。

②定溫防凍循環(huán)控制。T5<5℃時(shí)，循環(huán)回水管道上的電磁閥自動(dòng)開啟，熱水變頻加壓供水設(shè)備啟動(dòng)，開始循環(huán)，且啟動(dòng)電伴熱系統(tǒng)(電伴熱系統(tǒng)只對(duì)暴露于室外屋頂部分的管道采用)；T3≥10℃時(shí)，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，電伴熱停止加熱。其中T4為太陽(yáng)能熱水水箱出水口高度的溫度；T5為回水管道末端電磁閥前溫度。Tl、T2、T3、T4、T5的具體位置詳見圖1。

③變頻加壓泵的控制。屋面太陽(yáng)能熱水水箱間內(nèi)設(shè)置一組生活熱水變頻加壓供水設(shè)備(主泵1用1備)，生活熱水變頻加壓供水設(shè)備控制要求：變頻泵組的運(yùn)行由設(shè)在水泵出水干管上的壓力傳感器及壓力開關(guān)控制，恒壓設(shè)定值為0.15MPa，廠商配套提供變頻控制柜。

4.3管材及保溫

熱水、回水立管及其干管采用熱水用(內(nèi)筋嵌入式)襯塑鋼管道，卡環(huán)式快裝連接。入戶水表后熱水支管采用PE-RT增強(qiáng)型聚乙烯管S3.2系列產(chǎn)品，熱熔焊接；屋面管道設(shè)置電伴熱防凍保溫，戶內(nèi)熱水供、回水立管及熱水水箱保溫。

5設(shè)計(jì)探討

(1)燃?xì)鉅t需和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)匹配，因?yàn)槠胀ㄈ細(xì)鉅t是靠通過(guò)水流實(shí)現(xiàn)壓力點(diǎn)火的，如果來(lái)水溫度已經(jīng)很高，燃燒室依然點(diǎn)火加熱，則會(huì)出現(xiàn)高溫水，極易發(fā)生燙傷。因此，本系統(tǒng)形式需要燃?xì)鉅t根據(jù)進(jìn)水溫度選擇是否點(diǎn)火，目前一些廠家有此類產(chǎn)品，有的方案是通過(guò)爐體內(nèi)設(shè)置分流控制閥來(lái)選擇加熱還是旁通來(lái)水(見圖2)。

圖2燃?xì)鉅t構(gòu)造示意

(2)在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中，熱水供、回水系統(tǒng)的循環(huán)控制采用純溫差循環(huán)、定溫循環(huán)還是定時(shí)循環(huán)值得探討。采用純溫差循環(huán)，各用戶得到的預(yù)加熱熱水隨時(shí)都是相對(duì)均衡的，有一定公平性，但是相對(duì)較耗能(供水系統(tǒng)運(yùn)行)。定溫循環(huán)的出發(fā)點(diǎn)則是，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間集熱循環(huán)之后，水箱熱水溫度升到一定值，比如38℃以上，這時(shí)候再對(duì)熱水供、回水系統(tǒng)進(jìn)行溫差循環(huán)。所以，當(dāng)水箱水溫較低時(shí)，由于沒(méi)有循環(huán)，首先使用或遠(yuǎn)端使用熱水的住戶相對(duì)“吃虧”，會(huì)多耗用燃?xì)狻５窍鄬?duì)而言，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)更節(jié)能。這三種循環(huán)里，最節(jié)能的莫過(guò)于定時(shí)循環(huán)，即在晚上用水高峰前將熱水供、回水管道定時(shí)循環(huán)運(yùn)行30min，如此熱水箱獲得的熱能都盡可能保留下來(lái)用于晚間的居民洗浴用水。其實(shí)對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)而言，實(shí)質(zhì)是在于利用太陽(yáng)能，所倡導(dǎo)的生活理念是節(jié)能，從此角度出發(fā)，將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的供應(yīng)定位于晚間的洗浴用水，更具現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)際運(yùn)行中，可根據(jù)運(yùn)行需要進(jìn)行選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50364-2005.民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)