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)鍵設計參數(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)濟節(jié)約的特點被廣大地區(qū)廣泛使用。太陽能熱水系統(tǒng)工程實際就是一種能夠?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，并進行有效利用。太陽能熱水系統(tǒng)因其節(jié)能、環(huán)保等特點，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，通過實例對太陽能熱水系統(tǒng)設計參數(shù)進行了詳細剖析，希望能對同行的設計過程提供幫助。

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。通過對太陽能熱水系統(tǒng)的設計計算、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、供水等方面應用廣泛。

某一座3層宿舍樓（Ⅱ類）每層設有倒班宿舍12間，3層共42間，每間宿舍2人，設有獨立衛(wèi)生間，衛(wèi)生間設有坐便器、洗臉盆、淋浴器各1套，宿舍樓各層平面圖如圖1所示，試設計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，適合設計安裝太陽能熱水系統(tǒng)。

3 確定集熱器總面積

3.1 計算太陽能熱水系統(tǒng)集熱面積

本設計采用直接加熱方式供水，設計集熱器總面積按照GB 50015—2003建筑給水排水設計規(guī)范（2009年版）（以下簡稱建水規(guī)）中公式5.4.2A-1進行計算：

式（1）中：qr為設計日用熱水量，L/d，本設計取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)應用技術(shù)規(guī)程及全國民用建筑工程設計技術(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?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，單臺集熱器集熱面積為6.0 m2，所需集熱器臺數(shù)n=14.7臺，取16臺集熱器，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個等容積水箱，每個均為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，當供熱水箱水位小于設定補水水位時，電磁閥1打開；當供熱水箱水位大于設定滿水水位時，電磁閥1關(guān)閉。②溫差循環(huán)。當T1-T2≥8℃時，集熱循環(huán)泵P1啟動；當T1-T2≤3℃時，集熱循環(huán)泵P1關(guān)閉。③水箱加熱循環(huán)。當T2-T3≥6℃時，水箱循環(huán)泵P2啟動；當T2-T3≤3℃時，水箱循環(huán)泵P2關(guān)閉。④當T3小于設定溫度時，輔助電加熱器開啟；當T3大于設定溫度+5℃時，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。⑤當管道溫度T4＜設定溫度-3℃時，回水電磁閥2開啟；當管道溫度T4大于設定溫度時，回水電磁閥2關(guān)閉。⑥防凍。當溫度T5≤5℃時，循環(huán)泵P1啟動；當T5≥10℃時，循環(huán)泵P1關(guān)閉。當溫度T5≤4℃時，電伴熱啟動；當T5≥9℃時，電伴熱關(guān)閉。⑦輔助熱源為電加熱器。補水根據(jù)水質(zhì)情況確定是否采用水處理設備。

5 計算太陽能電輔助熱源功率

本工程采用電輔助熱源進行加熱，電輔助熱源需要預留多大功率往往比較困難。電加熱時間太短則預留功率較大，電氣專業(yè)很難提供足夠的功率；電加熱時間過長又影響用戶使用熱水。經(jīng)過與多個太陽能設計廠家溝通探討及結(jié)合實際設計工程經(jīng)驗，預留功率加熱設計水量達到設計溫度時間以4 h為宜，不超過6 h，本例單個熱水水箱為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電加熱達到設計溫度（60℃）所需功率為P（kW），P=Q/（4～6 h×1×3 600）=21.32～31.98 kW。

6 計算太陽能循環(huán)泵流量、揚程

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應的工質(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)泵揚程為Hx= hjx+hj+hz+hf。集熱系統(tǒng)循環(huán)管道采用DN65鋼塑復合熱水管（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，管道長約80 m，單個集熱器阻力取0.5 kPa/m2，則Hx=169.9×10-3×80×1.2+0.5×6×2+25+50=97.3 kPa。

7 太陽能設計系統(tǒng)

本工程采用16臺單臺集熱面積為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（1用1備），單臺集熱系統(tǒng)循環(huán)泵流量為1.95 L/s，揚程為98 kPa。

8 結(jié)束語

綜上所述，太陽能熱水系統(tǒng)是一項有效的節(jié)能技術(shù)，對其進行合理應用是實現(xiàn)我國節(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)是否適合設置太陽能熱水系統(tǒng)。同時，在應用過程中，為了提高太陽能使用效率，要注意系統(tǒng)裝置裝設中各項參數(shù)的計算。隨著設計工程師的不斷努力和總結(jié)改進，太陽能熱水系統(tǒng)的設計應用水平會得到不斷提升，達到更好的能源利用效果，得到更大規(guī)模的推廣應用。

［1］何長洪.太陽能熱水系統(tǒng)設計計算方法修正［J］.給水排水，2016（S1）.

［2］干偉紅，邵紅.太陽能熱水系統(tǒng)設計的計算分析［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