摘要：本文結合中小型醫(yī)院用水的特點，介紹了湖南省馬王堆老年醫(yī)院太陽能集中熱水供應系統(tǒng)的設計，對比了幾種不同供熱方式的經濟性，并闡述了太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)缺點。關鍵詞：太陽能熱水系統(tǒng)； 集中供熱；節(jié)能，經濟性分析

中圖分類號：Tu832.17

文獻標識碼：B

文章編號：1 008一0422(2007)07—0027一03

1引言

隨著國民經濟的發(fā)展，能源和環(huán)境問題成為制約我國經濟持續(xù)快速增長的主要問題之一，新能源的開發(fā)和利用成為解決能源問題的重要途徑，其中太陽能的開發(fā)和利用首當其沖。

我國太陽能的開發(fā)和利用在20世紀90年代開始進入快速發(fā)展階段。目前其主要應用集中在小型家用熱水系統(tǒng)上。從發(fā)展趨勢來看，太陽能熱水系統(tǒng)趨于由小型家用系統(tǒng)向大型集中式系統(tǒng)發(fā)展。近幾年來，集中式太陽能熱水系統(tǒng)設計安裝已取得了長足的發(fā)展，使用也越來越趨于普遍。

結合本人設計長沙市“湖南省馬王堆老年醫(yī)院”集中式熱水系統(tǒng)，對多層建筑熱水系統(tǒng)的設計、運行等進行了研究，本文旨在能夠為中小型民用建筑采用太陽能熱水系統(tǒng)提供參考依據。

2供熱系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成包括水箱、集熱器、支架、配件、管道系統(tǒng)及自動控制設備。由于集中熱水系統(tǒng)要求安全性高，就必須選用質量好的結構材料、全自動的工藝流程以及盡可能低的投資成本。對熱水應采用全循環(huán)或半循環(huán)方式，以方便用戶使用，盡量減少水的浪費?？紤]到冬季僅靠太陽能難以提供60℃以上的熱水，可采用電輔加熱。系統(tǒng)設計應考慮每個單元獨立設計，并在出水管上設置聯(lián)絡管和閥門，以在事故及檢修情況下互為備用。

3設計要求及主要參數(shù)的確定

進行太陽能熱水系統(tǒng)設計時必須掌握基本的原始資料作為設計依據，在此基礎上相應地確定出熱水系統(tǒng)的主參數(shù)，為系統(tǒng)設計做好工作。

3．1設計的原始依據太陽能熱水系統(tǒng)設計的原始依據包括三個方面①使用者的要求。主要包括用水量、水溫、用水時間，是否需要輔助加熱及采用何種輔助熱源等；②建筑物情況。如熱水系統(tǒng)安裝平面(屋面)情況，建筑物周圍環(huán)境情況，水源電源情況等；③地理氣候條件。如平均日輻射量、平均環(huán)境溫度、平均風速、基本風壓等。

3．2設計系統(tǒng)主要參數(shù)的確定太陽能熱水系統(tǒng)的主要參數(shù)為熱水負荷和系統(tǒng)的采光面積：

熱水負荷即日用水量Q_R＝N·gr

式中Q_R——熱水用量L/d

N——用水計算單位數(shù)、人數(shù)或床位數(shù)

gr——熱水用水量標準L/d

熱水負荷即日用水量，根據國家衛(wèi)生熱水標準，60℃熱水60升/床日，則根據醫(yī)院具體情況每日需401衛(wèi)生熱水；

3．2．1系統(tǒng)采光面積(集熱器集熱面積)

F＝Q_R/gr

式中F——集熱器集熱面積

gr——集熱器產熱水量

Q_R——熱水用量L/a

根據熱水負荷及100:1體面比設計系統(tǒng)采光面積。湖南省屬于太陽能一般資源帶，即午輻射量為100～120萬千卡/m年，所以應適當降低體面比，推薦使用75:1，那么本系統(tǒng)采光面積確定為540m，即每平方米集熱器日產40～60℃熱水75kg，系統(tǒng)總產熱水量40f，考慮醫(yī)院病人及醫(yī)護人員用水，該系統(tǒng)可保證全天24h有充足的熱水供應。

3．3系統(tǒng)運行方式的選擇

常見太陽能系統(tǒng)運行方式有3種，即自然循環(huán)式、定時強制循環(huán)式和定溫強制循環(huán)式。根據熱水負荷、安裝環(huán)境、系統(tǒng)節(jié)能標準等方面條件本系統(tǒng)采用定溫強制循環(huán)方式，在太陽能不充分時采用電加熱作為輔助熱源。

3．3．1定溫強迫循環(huán)方式較自然循環(huán)方式的循環(huán)作用強，這是因為自然循環(huán)中動力來自冷熱水密度差形成的熱虹吸壓頭，一般情況所形成的壓頭比較小、不穩(wěn)定，在采光面積較大情況下，循環(huán)管路較長，局部阻力元件較多，相應循環(huán)作用較弱，而定溫強迫循環(huán)可提供足夠壓頭克服水流阻力，有效地保證了集中式熱水系統(tǒng)循環(huán)地順利進行。

3．3．2定溫強迫循環(huán)水流速度較大，管壁不易結垢，集熱器陣列也不易形成“循環(huán)死區(qū)”：同時由于采用了溫差控制方式，能夠更充分地吸收太陽能，所以熱效率較高。

太陽能熱水系統(tǒng)依靠吸收太陽能加熱水，不可避免地會受到季節(jié)、晝夜、天氣、環(huán)溫等自然條件的影響。如在陰雨天氣中太陽能不充分，熱水系統(tǒng)所能夠提供的熱水就很難滿足使用要求，必須通過輔助熱源進行補償。本系統(tǒng)采用電加熱補償方式，一方面電加熱補償方式方便易行、經濟性好，另一方面由于電加熱帶來的安全隱患處理技術已趨于成熟，能夠滿足熱水系統(tǒng)采用電加熱補償加熱水的安全標準，從而全天提供符合要求的熱水。

3．4水箱的設計

為保證全天24 h用戶都能獲得60℃的熱水，本系統(tǒng)中設計了兩個水箱，其中一個容量較大，32cm為儲水箱，另一個容量較小8cm作為熱水箱，儲水箱和太陽能熱水系統(tǒng)連接，與熱管真空管集熱器進行熱交換；熱水箱水溫在正常工作條件下始終在60℃以上，若太陽能集熱系統(tǒng)提供的熱水末達到60℃，則由電加熱補償，熱水箱中補給水由儲水箱提供。在采用電加熱補償時，只加熱熱水箱中的少量水，不影響太陽能集熱系統(tǒng)的熱交換，且由于熱水箱容量較小，既滿足了在太陽能不充分條件下用戶快速獲取熱水的需求，同時也避免電能消耗率的增大，從而使系統(tǒng)具有良好的經濟性，在循環(huán)泵停止工作時，使管路中的水能夠自動流回水箱。

4系統(tǒng)經濟性分析

太陽能熱水系統(tǒng)所具有的環(huán)保特點是不言而喻的，同時還必須有明顯的節(jié)能效果。系統(tǒng)首先應選用高性能的集熱產品，在功能切換中確保優(yōu)先使用太陽能，也就是說只要有太陽能就不啟動后備能源，使用戶能真切感覺到雖然太陽能熱水系統(tǒng)比常規(guī)能源的初期投資大，但運行費用卻比常規(guī)能源低得多，大大降低了熱水生產成本，長期運行能獲得良好的經濟效益。從而使太陽能熱水系統(tǒng)比常規(guī)能源的熱水系統(tǒng)有更強、更優(yōu)越的市場競爭力。

可以看出：太陽能、燃煤、燃油和電鍋爐初投資依次減少，但運行費用依次增加。按10年使用期綜合考慮，初期投資和運行費用太陽能系統(tǒng)費用最低，其他依次增大。5種方式相比較總體費用比例為：太陽能：燃煤鍋爐：燃氣鍋爐：燃油鍋爐：電鍋爐＝1:1.6:2.5:3.2:4.0。

5結論

設計方案進行全面、準確、綜合的定量評價后，可知太陽能熱水供熱系統(tǒng)具有以下特點：

5．1高效節(jié)能，經濟性好；

5．2開發(fā)了新能源，有效地利用可再生太陽能，前景廣闊；

5．3安全環(huán)保，不存在任何爆炸和燃燒隱患，使用過程中不釋放任何對環(huán)境有害的排放物，不消耗、破壞、污染水資源；

5．4太陽能熱水系統(tǒng)的應用受地域限制較大。