摘 要：對高層建筑集中集熱分戶供熱水太陽能系統(tǒng)應用實例分析，總結其實際使用的優(yōu)缺點及應用注意事項。

關鍵詞：高層建筑；集中集熱分戶供熱；分戶循環(huán)控制；開式系統(tǒng)；換熱式

隨著社會的發(fā)展，能源的開發(fā)，能源緊缺日益凸顯。石油、煤炭等非可再生能源供給不但日益緊張，且?guī)淼沫h(huán)境污染問題也不容小覷。建筑領域對節(jié)能降耗，可再生能源的利用也日益重視，許多新建建筑在設計階段就已進行太陽能建筑一體化設計，全國已有北京、深圳、江蘇、山東等多個地市對12層以下的新建住宅建筑強制要求安裝太陽能系統(tǒng)。

對民用高層建筑來言，集中集熱分戶供熱式太陽能系統(tǒng)越來越受到設計單位及建筑單位的青睞。其有以下優(yōu)點：（1）運行方式合理。相比集中集熱直接供熱水式太陽能系統(tǒng)，電加熱棒不再設置在大水箱內(nèi)，而是設置在分戶水箱中由住戶各自管理，避免了直供系統(tǒng)不論用水量大小變化而加熱水量都是滿水箱水量造成的電量浪費。每戶各自收取電加熱費，取費合理。（2）占用樓頂空間小。集熱板集中設置；采用分戶水箱，因此樓頂大水箱也相應減小容積，特別適合樓頂安裝面積有限的小高層及高層建筑。（3）系統(tǒng)集成程度較高，便于物業(yè)管理維護。安裝整齊美觀，與建筑一體化程度高。

目前集中集熱分戶供熱式太陽能系統(tǒng)常用的有三種模式：（1）集中分戶換熱-設置集熱緩沖水箱式。（2）集中分戶換熱-戶內(nèi)水箱儲熱式。（3）集中集熱儲熱-分戶加熱供水式。

三種供水模式各有特點，其中第一種模式具有開式系統(tǒng)，同程連接，分戶換熱控制的特點。其原理設計合理，較多為設計單位采用。

其系統(tǒng)原理圖如下：

原理特點：（1）支管換熱循環(huán)：若用戶儲水箱中的水溫Ta高于主管道水溫Ta+1，分戶電磁閥關閉，不參與系統(tǒng)換熱，若用戶儲水箱中的水溫Ta低于主管道水溫Ta+1 5℃時（可調(diào)），分戶電磁閥打開，參與系統(tǒng)換熱。（2）短路循環(huán)：若樓內(nèi)主管遠端溫度T4≤設定溫度時，打開遠端短路電磁閥DCF2，循環(huán)主管至設定溫度停止。防止遠端主管溫度Ta+1降低使遠端用戶無法參與換熱，至T4達到設定溫度（45℃）關閉電磁閥。（3）輔助加熱：分戶水箱經(jīng)過換熱后仍達不到洗浴溫度，則啟動分戶水箱內(nèi)電加熱，達到設定溫度停止加熱。（4）選用承壓式戶內(nèi)水箱，內(nèi)置換熱盤管，頂水式用水。

運行模式特點及優(yōu)缺點說明：系統(tǒng)在樓頂設置集熱緩沖水箱，熱量通過太陽能系統(tǒng)收集在集熱緩沖水箱中，再通過管路循環(huán)交換儲存在戶內(nèi)水箱中，樓頂太陽能系統(tǒng)非承壓運行，管路循環(huán)及戶內(nèi)水箱承壓式運行，以水作為集熱及換熱循環(huán)介質(zhì)，設置分戶換熱控制。

優(yōu)點：（1）換熱式運行，便于物業(yè)管理（電費每戶各自計量）。（2）以水作為循環(huán)換熱介質(zhì)，運行成本低（補液費用可忽略）。（3）設置有分戶換熱控制電磁閥，當戶內(nèi)水箱溫度高于換熱管路溫度時，戶內(nèi)電磁閥關閉，戶內(nèi)水箱不參與換熱，用戶自己加熱水后不會因換熱循環(huán)導致水溫下降，控制合理。（此功能配合主管短路循環(huán)使用。）

缺點：（1）系統(tǒng)復雜。（2）室內(nèi)換熱循環(huán)開啟時間長，很大一部分熱量浪費在室內(nèi)管路換熱循環(huán)上，管路及儲水箱熱損失率ηcd（含室內(nèi)）達到0.5。

應用實例：

山東省濟寧市梁山縣某小區(qū)高層民用建筑樓高17層，每單元1梯2戶，在每單元樓頂安裝集中分戶換熱-設置集熱緩沖水箱式太陽能系統(tǒng)。

（1）室內(nèi)水箱的換熱估算：

式中：F-換熱面積，m2；K-傳熱系數(shù)，容積換熱器380～410，W/（m2·℃）；ε-結垢影響系數(shù)，0.6～0.8；Cr-集熱系統(tǒng)的熱損失系數(shù)， 1.1～1.2；Δtj-計算溫差，℃。QZ-盤管換熱量，w。

水加熱器熱媒與被加熱水的計算溫度差按下列公式計算：

容積式水加熱器、導流型容積式水加熱器、半容積式水加熱器：

式中：△tj-計算溫度差，℃；tmc、tmz-熱媒的初溫和終溫，℃；tc、tz-被加熱介質(zhì)的初溫和終溫，℃；

設計熱媒的入口初溫65℃，熱媒的出口中溫（平均溫度）45℃。

室內(nèi)儲水箱內(nèi)水的的初溫和終溫分別為15℃和45℃。

假定換熱面積為0.3m2。

則△tj=25℃

則換熱量

循環(huán)換熱時間：經(jīng)計算循環(huán)換熱約2小時能達到換熱效果。

室內(nèi)循環(huán)換熱管道損失估算：

室內(nèi)循環(huán)流量：單戶的循環(huán)流量約為100l/h～180l/h；34戶循環(huán)主管道管徑為DN32；按照40mm厚聚乙烯保溫層，管道溫度為60℃；室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃；每米管道的熱損失為12w/m；平均循環(huán)時間按照8小時計算；則每個單元管道循環(huán)散熱及管道冷水熱損約為：80MJ/d。

（2）太陽能集熱面積及集熱水箱計算：

集熱面積經(jīng)計算為114m2，計算過程略。

應用實際效果：此小區(qū)安裝集中分戶換熱-設置集熱緩沖水箱式太陽能系統(tǒng)在夏季大部分時間溫度能達到50℃左右，在光照最好的天氣，水溫能達到70℃左右。冬季正常光照的情況下水溫能達到30℃左右。

安裝注意問題：（1）同程水管3路若采用“1供2回”溫度探頭T4必須設置在最高層處檢測最遠點循環(huán)管路溫度，反之若供水管路為“2供1回”則溫度探頭T4須設置在最底層。（2）戶內(nèi)控制器的溫度設置、水箱的設計溫度要合理。根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)試，換熱上限8℃，下限2℃最為合適。（3）戶內(nèi)控制電磁閥為常啟閉的易損件，選用可靠、靈敏的高質(zhì)量電磁閥非常重要。

參考文獻

[1]王靖華，王寧.高層住宅集中熱水系統(tǒng)設計探討[J].中國給水排水，2002.

[2]潘雷.集中集熱-分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)的實例分析[J].建筑熱能通風空調(diào)，2013.

作者簡介：石中秋（1980，9-），男，籍貫：山東省德州市，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：建設工程（建筑工程給排水）。