劉 純

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

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集中太陽能系統(tǒng)在居住建筑中的應(yīng)用

劉 純

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

分析比較了集中集熱儲(chǔ)熱與分戶儲(chǔ)熱兩種集中式太陽能系統(tǒng)的優(yōu)劣勢，著重闡述了集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)的選型及儲(chǔ)熱水罐的設(shè)置方法，在保證太陽能系統(tǒng)安全可靠的前提下，充分利用太陽能資源。

太陽能，熱水系統(tǒng)，分戶儲(chǔ)熱，儲(chǔ)熱水罐

1 太陽能熱水系統(tǒng)主要系統(tǒng)形式

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378—2014綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以及各地區(qū)根據(jù)自行情況編制的《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。全國大部分地區(qū)要求居住建筑設(shè)置太陽能光熱系統(tǒng)作為住戶熱水的熱源。太陽能光熱系統(tǒng)按集熱方式主要分為兩類：分戶太陽能系統(tǒng)、集中太陽能熱水系統(tǒng)。按儲(chǔ)熱方式分，可分為集中儲(chǔ)熱，分戶儲(chǔ)熱兩類系統(tǒng)。

2 集中式太陽能系統(tǒng)優(yōu)劣比較

集中集熱太陽能系統(tǒng)按儲(chǔ)熱分為：集中集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)、集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)。

2.1 集中集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)

集中集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)由太陽能系統(tǒng)對(duì)熱水進(jìn)行預(yù)熱，再經(jīng)過換熱器加熱后直接供給住戶。一般預(yù)熱側(cè)介質(zhì)為乙二醇溶液。換熱器一般采用半容積式換熱器，換熱器根據(jù)太陽能預(yù)熱后的熱水溫度控制熱媒側(cè)加熱。

集中集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)在品質(zhì)上優(yōu)于集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)。熱水直接供應(yīng)至住戶，住戶無需負(fù)擔(dān)備用熱源。

集中集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)存在以下優(yōu)勢：住戶內(nèi)系統(tǒng)簡單、用水時(shí)水溫波動(dòng)小、無需負(fù)擔(dān)額外設(shè)備。

集中集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在以下問題：

建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范中要求配水點(diǎn)溫度介于50 ℃～60 ℃。當(dāng)居住小區(qū)面積較大時(shí)，集中設(shè)置熱水機(jī)房無法同時(shí)保證最近最遠(yuǎn)用水點(diǎn)熱水溫度。每個(gè)熱水泵房服務(wù)區(qū)域有限。所需機(jī)房面積較大。為保證系統(tǒng)供水穩(wěn)定，需分設(shè)太陽能預(yù)熱罐和加熱罐。即使采用儲(chǔ)水容積較小的半容積式換熱器依舊占用面積較大。住宅樓的結(jié)構(gòu)形式不同于公共建筑，眾多剪力墻使得機(jī)房利用率下降。每棟住宅樓熱水機(jī)房面積約100 m2～150 m2。對(duì)中小戶型的均攤面積影響較大。

需與暖通動(dòng)力專業(yè)協(xié)調(diào)增加備用熱源。居住建筑節(jié)能規(guī)范中對(duì)備用熱源選擇有所限制，不能采用直接電加熱作為輔助熱源。需暖通專業(yè)在鍋爐房內(nèi)留出生活熱水補(bǔ)熱的鍋爐機(jī)組，或者設(shè)置空氣源熱泵等其他輔助熱源。

高層居住建筑受給水分區(qū)影響需要增大管井面積。熱水需要集中計(jì)量。熱水管線入戶距離較長，用戶用水時(shí)放冷水時(shí)間過長。如熱給水、熱回水管線同時(shí)入戶有熱水盜用風(fēng)險(xiǎn)，且計(jì)量方式復(fù)雜，誤差較大。

2.2 集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)

集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)由集熱側(cè)、供熱側(cè)兩部分組成。集熱側(cè)介質(zhì)為乙二醇，供熱側(cè)與集熱側(cè)之間依靠板式換熱器交換熱量，供熱側(cè)在屋頂設(shè)置一個(gè)開式緩沖水箱。集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)在系統(tǒng)靈活性上優(yōu)于集中熱水系統(tǒng)。太陽能以熱量非熱水的方式供應(yīng)給各戶。

集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)存在以下優(yōu)勢:

系統(tǒng)靈活性高，可以適應(yīng)不同入住率下的用水需求。計(jì)量簡單，無需計(jì)量熱水。常規(guī)收費(fèi)方式為連通物業(yè)費(fèi)一起定額收取太陽能系統(tǒng)使用費(fèi)。機(jī)房占用面積小，無需集中輔熱。實(shí)際工程中單棟住宅樓太陽能熱水機(jī)房面積僅需25 m2左右。

集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在以下問題:

需分戶設(shè)置儲(chǔ)熱水罐，交房時(shí)安裝或者裝修時(shí)安裝都存在一定困難。小戶型儲(chǔ)熱水罐受衛(wèi)生間面積影響，難以找到合適的位置。由于管線在交房時(shí)已敷設(shè)好，無法根據(jù)住戶需求更改位置。大戶型由于用水量較大，設(shè)置立式儲(chǔ)熱水罐需要占用戶內(nèi)空間。戶內(nèi)儲(chǔ)水量有限，連續(xù)用水時(shí)會(huì)出現(xiàn)水溫下降的情況，無法保證持續(xù)供水情況下熱水溫度。

兩種集中熱水系統(tǒng)主要區(qū)別在于儲(chǔ)熱方式。集中儲(chǔ)熱系統(tǒng)主要應(yīng)用在高檔住宅、公寓上。分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)主要應(yīng)用在大規(guī)模住宅小區(qū)。除建設(shè)方對(duì)工程定位有較高要求時(shí)，一般選擇集中集熱分戶儲(chǔ)熱的情況較多。

3 集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)的系統(tǒng)選型

集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)簡圖見圖1。

3.1 集熱側(cè)參數(shù)確定

集熱側(cè)屋面太陽能板面積可按下式計(jì)算：

其中,AC為直接加熱系統(tǒng)集熱器總面積；qrd為設(shè)計(jì)日用熱水量，L/d；c為水的比熱，c=4.187kJ/(kg·℃)；ρr為對(duì)應(yīng)熱水溫度

tr下的熱水密度,kg/L;tr為儲(chǔ)熱水罐內(nèi)熱水設(shè)計(jì)溫度，℃；tL為冷水溫度，℃；f為太陽能保證率；J1為當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗柲茌椪樟?kJ/(m2·d)；η為集熱器年均集熱效率；ηL為集熱系統(tǒng)熱損失率；AIN為間接系統(tǒng)集熱器總面積。

按照集熱側(cè)太陽能面積計(jì)算出集熱器產(chǎn)熱水量。按每平方米集熱板30L/(m2·d)～70L/(m2·d)計(jì)。校核分戶儲(chǔ)熱總?cè)莘e是否大于集熱器產(chǎn)熱水量，不足部分由緩沖水箱補(bǔ)足。

集熱側(cè)循環(huán)泵流量按集熱器總面積×0.015L/(m2·s)～0.02L/(m2·s)得出。循環(huán)泵揚(yáng)程按閉式太陽能系統(tǒng)計(jì)算。

3.2 供熱側(cè)系統(tǒng)參數(shù)確定

供熱側(cè)循環(huán)泵總流量按總戶數(shù)×0.05L/(s·戶)，揚(yáng)程按管路沿程損失計(jì)，一般5m～10m。

3.3 系統(tǒng)壓力與分區(qū)

在高層居住建筑中，當(dāng)全樓系統(tǒng)不分區(qū)時(shí)，系統(tǒng)靜壓較大對(duì)施工要求較高。即使熱媒管線按同程布置，由于管線過長也有冷熱不均的現(xiàn)象出現(xiàn)。高層居住建筑可以嘗試在中間樓層將系統(tǒng)分為高低兩區(qū)，兩個(gè)分區(qū)分別采用上供上回和下供下回的配水方式。適當(dāng)降低系統(tǒng)容量，減少冷熱不均現(xiàn)象出現(xiàn)的可能。

4 集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)中儲(chǔ)熱水罐的設(shè)置與控制

4.1 儲(chǔ)熱水罐的容積

儲(chǔ)熱水罐容積一般按照每人每天40L/s熱水量計(jì)，人數(shù)按實(shí)際居住人數(shù)計(jì)算。

4.2 儲(chǔ)熱水罐的位置

大多數(shù)居住類建筑，建筑專業(yè)在布置衛(wèi)生間或者陽臺(tái)的時(shí)候會(huì)考慮洗衣機(jī)的位置。洗衣機(jī)通常高度在80cm左右，考慮波輪式洗衣機(jī)上開蓋，總高度在120cm左右。小戶型儲(chǔ)熱水罐(120L以下)可以考慮放置在洗衣機(jī)上方立式安裝。熱媒管綜合排水管布置。

大戶型儲(chǔ)熱水罐由于立式安裝長度較大，無法放置在洗衣機(jī)上方，需要與建筑專業(yè)協(xié)調(diào)放置在儲(chǔ)物間等位置。也可以考慮高位懸掛，減少對(duì)住戶使用空間的影響。

4.3 集中集熱分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)控制

集熱側(cè)控制原理與常規(guī)太陽能系統(tǒng)相同，通過供回水溫度控制。供熱側(cè)在分戶儲(chǔ)熱水罐進(jìn)口處設(shè)置電磁閥，當(dāng)儲(chǔ)熱水罐內(nèi)溫度低于熱媒管溫度時(shí)，閥門開啟。反之，閥門關(guān)閉。

5 結(jié)語

太陽能熱水系統(tǒng)作為大多數(shù)新建居住建筑中必不可少的部分。不同地區(qū)、不同檔次的居住建筑對(duì)于太陽能系統(tǒng)的要求也不盡相同。通過具體分析項(xiàng)目需求，在保證太陽能系統(tǒng)安全可靠的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)形式，盡可能的充分利用太陽能資源。

[1]GB50015—2003，建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 賈 葦,趙 鋰.全國民用建筑工程技術(shù)措施[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2009:181-188.

The application of concentrated solar energy system in residential buildings

Liu Chun

(ChinaZhongyuanInternationalEngineeringLimitedCompany,Beijing100089,China)

This paper analyzed and compared the advantages and disadvantages of centralized heat storage and household heat storage two concentrated solar systems, emphatically elaborated the type selection of central heating household heat storage system and the setting method of hot storage water tank, in the premise of protection of the safe and reliable of solar system, made full use of solar energy resources.

solar energy, hot water system, household heat storage, heat storage water tank

1009-6825(2017)09-0184-02

2017-01-19

劉 純(1990- )，男，助理工程師

TU201.5

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