曲泓俐

（廣東一也節(jié)能科技有限公司，廣東廣州510000）

太陽能熱水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的分析

曲泓俐

（廣東一也節(jié)能科技有限公司，廣東廣州510000）

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源，以其無污染、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的特點(diǎn)被廣大地區(qū)廣泛使用。太陽能熱水系統(tǒng)工程實(shí)際就是一種能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為熱能的裝置，利用這一原理，人們可以加熱水，并進(jìn)行有效利用。太陽能熱水系統(tǒng)因其節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，成為近年來發(fā)展最快、最有活力的可再生能源利用技術(shù)。為了發(fā)揮太陽能熱水系統(tǒng)最大的節(jié)能作用，結(jié)合有關(guān)規(guī)范規(guī)程，通過實(shí)例對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)剖析，希望能對(duì)同行的設(shè)計(jì)過程提供幫助。

太陽能熱水系統(tǒng)；集熱器；貯熱水箱；熱源功率

目前，由于對(duì)能源的大量需求使得新型能源的開發(fā)成為了重要的課題。太陽能熱水系統(tǒng)工程所包含的裝置主要是由集熱裝置、蓄熱容器、控制系統(tǒng)、水泵以及相關(guān)的保溫防腐管道所構(gòu)成。通過對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、組裝與調(diào)試，太陽能熱水系統(tǒng)裝置能夠在有陽光照射的情況下，充分利用太陽散發(fā)出的能源將水加熱，使人們能穩(wěn)定、有效地使用到熱水資源。

1 工程概況

太陽能是目前最豐富的可再生能源，在發(fā)電、取暖、供水等方面應(yīng)用廣泛。

某一座3層宿舍樓（Ⅱ類）每層設(shè)有倒班宿舍12間，3層共42間，每間宿舍2人，設(shè)有獨(dú)立衛(wèi)生間，衛(wèi)生間設(shè)有坐便器、洗臉盆、淋浴器各1套，宿舍樓各層平面圖如圖1所示，試設(shè)計(jì)集中供熱太陽能熱水系統(tǒng)。

圖1 宿舍樓各層平面圖

2 確認(rèn)是否適合安裝太陽能熱水系統(tǒng)

該建筑所在地區(qū)太陽能資源較豐富，適合設(shè)計(jì)安裝太陽能熱水系統(tǒng)。

3 確定集熱器總面積

3.1 計(jì)算太陽能熱水系統(tǒng)集熱面積

本設(shè)計(jì)采用直接加熱方式供水，設(shè)計(jì)集熱器總面積按照GB 50015—2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2009年版）（以下簡(jiǎn)稱建水規(guī)）中公式5.4.2A-1進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中：qr為設(shè)計(jì)日用熱水量，L/d，本設(shè)計(jì)取50 L/（人·d）；m為人數(shù)，84人；C=4.187 kJ/(kg·℃)；60℃熱水的密度ρr=0.983 2 kg/L；tr=60℃；tl=10℃（地面水）。

根據(jù)建水規(guī)GB 50364—2005民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程及全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——給水排水（2009年版）附錄F-2有關(guān)規(guī)定取f=50%，ηj=45%，η1=30%，太陽能集熱板傾斜按當(dāng)?shù)鼐暥劝惭bJt=15.551× 103kJ/（m2·d），將上面數(shù)值代入，得出Ajz=88.24 m2。

3.2 確定集熱器總面積

選擇某廠家LJ-1.6-50型橫排連箱集熱器，單臺(tái)集熱器集熱面積為6.0 m2，所需集熱器臺(tái)數(shù)n=14.7臺(tái)，取16臺(tái)集熱器，集熱器總面積Aj=16×6.0=96 m2。宿舍樓太陽能集熱器平面布置圖如圖2所示。

圖2 宿舍樓太陽能集熱器平面布置圖

4 計(jì)算貯熱水箱有效容積

單位采光面積平均每日產(chǎn)熱水量為qrjd，根據(jù)建水規(guī)及廠家樣本取qrjd=45 L/（m2·d），則Vrx=45×96=4 320 L=4.32 m3，取熱水水箱有效容積為4.4 m3，且將熱水水箱分為2個(gè)等容積水箱，每個(gè)均為2.2 m3。

太陽能熱水系統(tǒng)控制原理為：①本系統(tǒng)采用雙水箱形式，當(dāng)供熱水箱水位小于設(shè)定補(bǔ)水水位時(shí)，電磁閥1打開；當(dāng)供熱水箱水位大于設(shè)定滿水水位時(shí)，電磁閥1關(guān)閉。②溫差循環(huán)。當(dāng)T1-T2≥8℃時(shí)，集熱循環(huán)泵P1啟動(dòng)；當(dāng)T1-T2≤3℃時(shí)，集熱循環(huán)泵P1關(guān)閉。③水箱加熱循環(huán)。當(dāng)T2-T3≥6℃時(shí)，水箱循環(huán)泵P2啟動(dòng)；當(dāng)T2-T3≤3℃時(shí)，水箱循環(huán)泵P2關(guān)閉。④當(dāng)T3小于設(shè)定溫度時(shí)，輔助電加熱器開啟；當(dāng)T3大于設(shè)定溫度+5℃時(shí)，輔助電加熱器關(guān)閉；水位低于防干燒水位，輔助熱源不啟動(dòng)。⑤當(dāng)管道溫度T4＜設(shè)定溫度-3℃時(shí)，回水電磁閥2開啟；當(dāng)管道溫度T4大于設(shè)定溫度時(shí)，回水電磁閥2關(guān)閉。⑥防凍。當(dāng)溫度T5≤5℃時(shí)，循環(huán)泵P1啟動(dòng)；當(dāng)T5≥10℃時(shí)，循環(huán)泵P1關(guān)閉。當(dāng)溫度T5≤4℃時(shí)，電伴熱啟動(dòng)；當(dāng)T5≥9℃時(shí)，電伴熱關(guān)閉。⑦輔助熱源為電加熱器。補(bǔ)水根據(jù)水質(zhì)情況確定是否采用水處理設(shè)備。

5 計(jì)算太陽能電輔助熱源功率

本工程采用電輔助熱源進(jìn)行加熱，電輔助熱源需要預(yù)留多大功率往往比較困難。電加熱時(shí)間太短則預(yù)留功率較大，電氣專業(yè)很難提供足夠的功率；電加熱時(shí)間過長(zhǎng)又影響用戶使用熱水。經(jīng)過與多個(gè)太陽能設(shè)計(jì)廠家溝通探討及結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)工程經(jīng)驗(yàn)，預(yù)留功率加熱設(shè)計(jì)水量達(dá)到設(shè)計(jì)溫度時(shí)間以4 h為宜，不超過6 h，本例單個(gè)熱水水箱為2.2 m3，由10℃冷水加熱為60℃熱水所需熱量Q（kJ），Q=Cm（tr-rl）=4.187×2.2×1 000×（60-10）=460 570 kJ。4～6h電加熱達(dá)到設(shè)計(jì)溫度（60℃）所需功率為P（kW），P=Q/（4～6 h×1×3 600）=21.32～31.98 kW。

6 計(jì)算太陽能循環(huán)泵流量、揚(yáng)程

根據(jù)建水規(guī)5.4.2A-4公式，集熱系統(tǒng)循環(huán)流量qx=qgz× Aj，取單位采光面積集熱器對(duì)應(yīng)的工質(zhì)流量為0.02 L/（s·m2），則qx=qgz×Aj=0.02×52.8=1.92 L/s。

根據(jù)建水規(guī)5.4.2A-5公式，集熱系統(tǒng)循環(huán)泵揚(yáng)程為Hx= hjx+hj+hz+hf。集熱系統(tǒng)循環(huán)管道采用DN65鋼塑復(fù)合熱水管（熱水型），流量取1.95 L/s，流速為0.99 m/s，阻力i=169.9× 10-3kPa/m，管道長(zhǎng)約80 m，單個(gè)集熱器阻力取0.5 kPa/m2，則Hx=169.9×10-3×80×1.2+0.5×6×2+25+50=97.3 kPa。

7 太陽能設(shè)計(jì)系統(tǒng)

本工程采用16臺(tái)單臺(tái)集熱面積為6.0 m2的集熱器，2座為2.2 m3。

熱水水箱的雙水箱供熱系統(tǒng)電輔熱功率為30 kW，集熱系統(tǒng)循環(huán)泵2臺(tái)（1用1備），單臺(tái)集熱系統(tǒng)循環(huán)泵流量為1.95 L/s，揚(yáng)程為98 kPa。

8 結(jié)束語

綜上所述，太陽能熱水系統(tǒng)是一項(xiàng)有效的節(jié)能技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行合理應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能減排、開發(fā)新能源的重要舉措。但值得注意的是并不是所有地區(qū)均能采用，需先核定該地區(qū)是否適合設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)。同時(shí)，在應(yīng)用過程中，為了提高太陽能使用效率，要注意系統(tǒng)裝置裝設(shè)中各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算。隨著設(shè)計(jì)工程師的不斷努力和總結(jié)改進(jìn)，太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用水平會(huì)得到不斷提升，達(dá)到更好的能源利用效果，得到更大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

［1］何長(zhǎng)洪.太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法修正［J］.給水排水，2016（S1）.

［2］干偉紅，邵紅.太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算分析［J］.城市建筑，2013（02）.

〔編輯：張思楠〕

TU822

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.108

2095-6835（2017）15-0108-03