小高層住宅太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計探討

中國建筑設(shè)計研究院

梁萬軍

師前進

陳超

摘要：以某住宅小區(qū)小高層(10層)住宅為例，對其太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計進行分析，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)的過熱和防凍，熱水計量、計費與住戶使用意愿的協(xié)調(diào)等問題進行解析、探討。

關(guān)鍵詞：太陽能熱水系統(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)計太陽能熱水系統(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，每棟樓均獨立設(shè)置集中式太陽能熱水系統(tǒng)。對于小高層住宅的太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計，存在以下難點：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題；②熱水供水管網(wǎng)內(nèi)的存水利用問題；③系統(tǒng)的過熱和防凍問題；④熱水計量、計費與住戶使用意愿的協(xié)調(diào)問題。圍繞這些問題，在系統(tǒng)設(shè)計時，經(jīng)過反復(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，對這種系統(tǒng)進行介紹。

2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由太陽能集熱系統(tǒng)，熱水儲水箱，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。

太陽能集熱器與熱水儲水箱通過溫差控制、強制循環(huán)對冷水作預(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)的進水管路上設(shè)置感溫分流控制閥，若進水溫度≥45℃，熱水通過爐體內(nèi)的分流閥直接向用戶供應(yīng)熱水，若進水溫度<45℃，熱水通過分流閥進入燃?xì)獗趻鞝t進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60℃。在此，用戶也可以自由設(shè)定進水管路上的溫度判定值。

圖1太陽能熱水系統(tǒng)管道原理

3解決方案

(1)冷熱水壓力平衡問題

首先通過對最不利點進行水力計算，選擇和給水供水末端壓力匹配的熱水變頻加壓設(shè)備的揚程參數(shù)，盡量做到壓力源頭平衡。再進行系統(tǒng)設(shè)備啟動，開始強制循環(huán)；T4-T5<△T3(5℃)時，電磁閥自動關(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，循環(huán)回水管道上的電磁閥自動開啟，熱水變頻加壓供水設(shè)備啟動，開始循環(huán)，且啟動電伴熱系統(tǒng)(電伴熱系統(tǒng)只對暴露于室外屋頂部分的管道采用)；T3≥10℃時，電磁閥自動關(guān)閉，電伴熱停止加熱。其中T4為太陽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)計探討

(1)燃?xì)鉅t需和太陽能熱水系統(tǒng)匹配，因為普通燃?xì)鉅t是靠通過水流實現(xiàn)壓力點火的，如果來水溫度已經(jīng)很高，燃燒室依然點火加熱，則會出現(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)進水溫度選擇是否點火，目前一些廠家有此類產(chǎn)品，有的方案是通過爐體內(nèi)設(shè)置分流控制閥來選擇加熱還是旁通來水(見圖2)。

圖2燃?xì)鉅t構(gòu)造示意

(2)在太陽能熱水系統(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)加熱熱水隨時都是相對均衡的，有一定公平性，但是相對較耗能(供水系統(tǒng)運行)。定溫循環(huán)的出發(fā)點則是，經(jīng)過較長時間集熱循環(huán)之后，水箱熱水溫度升到一定值，比如38℃以上，這時候再對熱水供、回水系統(tǒng)進行溫差循環(huán)。所以，當(dāng)水箱水溫較低時，由于沒有循環(huán)，首先使用或遠(yuǎn)端使用熱水的住戶相對“吃虧”，會多耗用燃?xì)?。但是相對而言，整個系統(tǒng)會更節(jié)能。這三種循環(huán)里，最節(jié)能的莫過于定時循環(huán)，即在晚上用水高峰前將熱水供、回水管道定時循環(huán)運行30min，如此熱水箱獲得的熱能都盡可能保留下來用于晚間的居民洗浴用水。其實對太陽能熱水系統(tǒng)而言，實質(zhì)是在于利用太陽能，所倡導(dǎo)的生活理念是節(jié)能，從此角度出發(fā)，將太陽能熱水系統(tǒng)的供應(yīng)定位于晚間的洗浴用水，更具現(xiàn)實意義。實際運行中，可根據(jù)運行需要進行選擇。

參考文獻：

[1]GB50364-2005.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)