天津“都旺新城”太阳能与建筑一体化示范项目总结1

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1、 天津“都旺新城”太阳能与建筑一体化 示范项目总结 摘 要： 文章总结了国家发改委和联合国 金组织支持的国内首批 “太阳能与建筑一体化 ”示范项目 天津 “都旺新城 ”太阳能热水工程， 指出夏热冬冷地区利用平板太阳能集热器解决居民生活热水是完全可行的。 关键词： 太阳能、与建筑一体化、热水、平板集热器、自熔焊全铜板芯 引言 为进一步加强引导太阳能热水器在全国的推广应用，推动太阳能热水器生产企业技术进步和扩大太阳能热水器市场，原国家经贸委与联合国基金会合作，于2002 年 5 月在国内开展了“中国太阳能热水器行业发展项目”。项目的主要内容是：支持太阳能热水器生产企业技术改造，建设太阳能热水器与建

2、筑一体化结合示范工程，制定太阳能热水器一体化建筑设计手册、技术规范及太阳能热水器作为建筑部件的标准， 培训太阳能热水器生产企业及建筑设计单位管理和技术人员。 在项目实施过程中，项目办公室在部分省市优选了首批 7 个太阳能热水器与建筑一体化结合示范工程， 聘请国内外专家学者为示范工程提供了太阳能和建筑设计、太阳能集热器改型设计、技术培训等工作。 天津“都旺新城”太阳能热水工程是首批 7 个示范工程之一，其示范意义为： 示范内容：夏热冬冷地区使用平板太阳能集热器的可行性； 示范点：国内第一个大型平板双循环太阳能热水系统。 一、项目概况 1、小区概况： 项目名称：都旺新城 地理位置：天津市 北辰区

3、高峰路 房地产项目的规模、投资、进度安排和目前的进展状况： 总开发面积 20 万平米，投资 元，该项目科技含量高，采用大量环保节能技术，预计 2003 年 11 月底交付使用。 2、建筑物情况： “六跃七”式多层公寓住宅楼，屋面为平顶带铁艺装饰，每栋楼 3 个单元，每单元 12 户，共 36 户； 3、日照条件：工程位于北纬 43，建筑物朝向为正南。 二、集热器选择 目前我国太阳能集热产品中，占绝对主导地位的全玻璃真空管集热器，在与建筑物的结合方面存在一系列问题： 运行安全问题玻璃管直接与被加 热流体接触，由于玻璃易碎易裂，极易造成系统瘫痪； 密封可靠问题玻璃管与金属容器 的密封只能靠硅胶圈，

4、其寿命及密封可靠性不能满足建筑行业需要； 结垢清理问题由于玻璃管是盲管 形式，流体在玻璃管中的加热温度又恰恰在钙、镁离子易于氧化析出的范围，水垢沉积清理问题很难解决； 承压运行问题硅胶密封及玻璃的 压运行，限制了承压式热水器及大型系统的应用； 集热器寿命问题玻璃管的绝热性 能依赖真空夹层，真空度的保持年限无法达到建筑行业要求。 以上这些问题，决定了全玻璃真空管很难建材化。平板集热器是较早应用的一种太阳能集热器，由于其结构形式及性能特点最易于建材化，一直是发达国家集热器形式的首选。在经历了很长的发展历程后，其内部结构、材料选择及组装技术均达到了很成熟的水平， 如今仍是发达国家太阳能热利用产品中占

5、绝对主导地位的集热器形式， 相信也是我国未来与建筑一体化的太阳能热利用行业主导产品。 “都旺新城”用户为居民小区，对系统运行安全性要求较高，同时要求集热器寿命与建筑物寿命基本相同，故必须采用金属流道集热器；本系统坐落于北纬43，虽然在此纬度下平板集热器冬季的效率相对较低，但考虑到全年总集热量仍高于玻璃管集热器，故选用平板集热器作为本工程的集热元件。 目前国内市场上常见的平板集热器，有的寿命只有几年，有的承压能力差，有的耐腐蚀能力差，有的形状尺寸不能与建筑结合，这些产品用于普通家用热水器还可以，作为建筑物构件在则存在很多问题。 本项目选用的“津霸太阳能热水板”，专为建筑一体化设计，其构造为自熔焊

6、全铜板芯， 择性吸收涂层，加厚铝合金边框，钢化浮法玻璃，覆铝箔超细玻璃棉保温层，如图一所示。 图一 津霸太阳能热水板剖面图 特点是： 集热效率高 性价比好 结构简单可靠 承压能力强 长期运行无泄露 可制作成任意尺寸及几何形状，易与建筑物结合 板芯为纯铜构造，寿命期满可直接回炉再利用。 三、方案设计 （ 1）采取集中式供水方式： 太阳能热水系统的供水方式，常用的有分户式、单元式、整栋式。其优缺点分析见表 1。 表 1： 名称 供水形式 优点 缺点 分户式 每家一套系统及贮水罐， 自用水、电源，独立上下水 不需专人管理，住户自行使用维护 集热面积浪费，造价较高 单元式 每单元一套系统及贮水罐， 公

7、用水、电源，热水管入户 节约集热面积， 造价降低，物业公司可赢利 需专人管理收费，按户配热水表 整栋式 每栋楼一套系统及贮水罐， 公用水、电源，热水管入户 进一步节约集热面积，造价降低，管理方便 需专门设计大型贮水罐安装位置，热水管路较长，专人管理收费 区域式 整个小区或数栋楼作为一个集中的大型系统， 配备完善的监控管理系统，干、支管网供水。 系统设计可以最优化，专业性强，可以解决整个区域供热需求 投资大，需专业人员管理维护 都旺新城各单元均为平屋顶，每单元均可布置集热器；又双循环系统不宜规模过大，故选用分单元供水方案。 （2）双循环防冻设计： 该系统坐落华北地区，冬季最低温度 故必须采用可靠

8、防冻措施，保证系统冬季正常使用。常用的防冻设计有三种： 排空防冻 低温循环防冻 双循环防冻 本系统中贮水罐安装位置与集热器持平，不能做排空防冻；天津地区上冻期较长，低温循环防冻能量浪费过大，亦不宜采用。 双循环防冻系在贮水罐中加装散热器，与集热器组成封闭循环回路。循环介质在此闭路中循环，将集热器吸收的太阳能热量，通过散热器传导给贮水罐中的水。此方法为发达国家太阳能系统普遍采用，称为“ 虽然造价略高，但安全可靠，故本方案采用了这一设计。系统原理见图二。 （ 3） 集热器数量： 太阳能特点是能量供给不稳定，天津地区冬夏差异近 3倍，并且阴雨天几乎没有利用价值。如将太阳能保证率设计得很大，不仅成本过

9、高，系统回收期过长，而且全年大部分时间产生的热水用不完，造成浪费。 按天津地区年平均日照及用户使用热水习惯， 我们设计每单元安装集热器 36平米，一般家庭卫生热水的太阳能保证率可达到 80%左右。（ 4） 集热器布置与建筑一体化设计： 建筑师在该建筑物立面设计时，没有采取用集热器代替传统建材的方法，而是将集热器与屋顶装饰铁艺融为一体。天面设计为弧型铁艺围边，集热器居中昂起，铁艺的柔性线条与中间宽阔的大面积平面呼应，从立面上看刚柔并济，浑然一体。 图二 天津“都旺新城”热水工程系统原理图 为此我们特殊设计了单体尺寸为 1.2 m 5 m 的大型集热器，六片为一组，倾斜 45 度安装，在铁艺簇拥下

10、直指高天，效果见图三。 图三 天津“都旺新城”集热器安装立面效果 （ 5） 补热设计： 太阳能很难自行满足居民全部热水需求，即使可以做到，也是不经济的，所以太阳能系统中必须有常规能源补热措施，与太阳能系统密切配合，既给用户提供最经济的热水成本，又满足用户使用中的舒适度要求。 常用的补热方法有电热管、电锅炉、燃气炉、燃油炉等。本系统从结构简单，无常人管理的角度选用的是贮水罐内置电热管方式。 （ 6） 管路系统与建筑一体化设计： 在建筑物给排水设计时，将太阳能热水系统的冷水上水和热水供水干管与建筑给排水系统一并考虑， 并增加了热水干管循环回路，即用管路将热水供水干管末端与热水罐连接，供水干管末端安

11、装检测点，当检测点温度低于设定值时，回水管电磁阀打开，用热水罐中的热水置换管中冷水，达到设定温度，电磁阀关闭。此设计保证用户开龙头后很快出热水，减少用户释放冷水造成的损失。 四、系统循环方式： 1、系统循环方式采用温差循环，全自动运行。当集热器出口循环介质温度与水箱内散热器温度差达到设定指标，即启动循环泵，将循环介质吸收的太阳能热量通过换热器储入水箱。低于设定指标时，就自动关闭循环泵，停止循环介质的循环运行，切断集热器与贮水箱的热量交换。 2、供水干管末端安装检测点，当检测点温度低于设定值时，回水管电磁阀打开，用热水罐中的热水置换管中冷水，达到设定温度，电磁阀关闭。此设计保证用户开龙头后很快出

12、热水，减少用户释放冷水造成的损失。 3、辅助热源系统：本系统没有设置单独的恒温供水罐，而是利用热水罐自然分层现象，将太阳能系统换热器设置在水罐下部，使被加热水与循环介质温差最大，最大限度吸收太阳能；电加热管设置在水罐上部，只要上部水温达到设定温度，电加热就不启动，一旦出水口水温低于设定温度，马上启动电加热补足，既最大限度节约电耗，又保证用户随时有热水。 五、系统特点： 1、首次在大型工程中采用了双循环系统，成功解决了平板集热器在寒冷地区防冻问题。 2、集热器系统采用了本公司特殊设计的 1.2 m5 m 超大型集热器，与建筑物一体化设计，实现了太阳能集热器与建筑有机结合。 3、热水供水干管闭路定

13、温循环，一旦干管温度低于设定温度，即进行循环置换，保证业主随时打开热水龙头能很快放出热水； 4、温差式循环控制，既可最大限度利用太阳能，又保证常规能源消耗最少； 5、利用热水罐自然分层现象设计贮水罐加热及控温方式，方便地实现了既充分吸收太阳能，又保证随时有热水； 6、自动增压泵供水，保证热水管网压力，用户使用舒适。 六、结语 平板集热器具有非常好的性价比， 是最易于建材化的集热器形式， 具有严密、安全、承压、寿命长、可替代部分常规建材等特点，应该大力推广。平板集热器的缺点是在低温环境下散热量较大，但在除高寒地区外的全国大部分省份，平板集热器的全年总得热量均高于玻璃管集热器。 平板集热器在无上冻地区的应用已经非常普遍，在冬季上冻地区使用较少。本示范项目的建成，为平板集热器在夏热冬冷地区的使用提供了很好模板，可以预见，平板集热器必然成为未来与建筑一体化的太阳能集热器主要形式。