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1、 高层住宅楼太阳能热水方案 摘要介绍一种高层楼房太阳能热水实施方案,由于住户多,楼顶面积小,不能满足一家一台太阳能热水器的要求,只能集中集热;由于楼层高,压力差大,对材料和管件的选用也是个考验;业主使用舒适,物业管理方便。关键词集中集热;分户水箱;间接换热;伸缩节1.前言太阳能热水工程是指利用光热转换技术将光能转换为热能,再利用所得到的热量达到热水供应的目的。因为土地有限,城市住宅普遍建设小高层、高层楼房,由于住户多,楼顶面积小,不能满足一家一台太阳能热水器的要求,只能集中集热;由于楼层高,水压差大,对材料和管件的选用也是个考验;怎样保证业主使用舒适,物业维修管理方便,是高层太阳能热水器的发展
2、方向。本方案位于山东省泰安市,24层楼,一梯两户,两个单元,共96户2.太阳能热水系统设计计算2.1基本参数:(1)24层楼,96户,采用太阳能集中集热、分户水箱系统模式,在屋顶集中安装太阳能集热器,并在每户卫生间设分户储热水箱,配以1.5KW电辅助加热,提供个性化的生活热水需求。(2)用水总量:每户均配置100L分户水箱,96户合计日供水9600L;(3)供水温度:50;(4)供水时间:24小时提供热水;(5)给水系统:采用自来水系统给水;(6)加热系统:采用太阳能与常规能源(电加热)相结合;(7)冷水计算温度:当地地下水温为10-150C,取100C。2.2设计依据(1)热水消耗定额(摘自
3、:民用建筑太阳热水系统工程技术手册):(2)冷水计算温度(摘自:民用建筑太阳热水系统工程技术手册):2.3太阳辐照量及集热面积计算:山东属于我国三等太阳能辐照度地区。参照山东地区太阳能辐照资料,年照时数大约为2200-3000h/a;辐射量4895.39MJ/m2.a(2001年辐照量)。国家气象中心提供的中国气象辐射资料年册(2001年),山东地区太阳辐照资料月均日及年总辐射数据(单位MJ/m2):以上是山东地区太阳日辐照量,根据这些数据,我们以春秋季节为平均值,可以计算每100L水需要的集热面积,每个系统都可以此标准计算集热面积和集热器用量,具体的计算公式如下:根据上述公式计算:100L热
4、水需要配置1.6m2集热面积。(1)在本次方案的设计中我们采用了间接加热的换热方式,换热效率和循环管路都要对整体效率产生一定的影响,间接式系统需要再增加25的集热面积。(2)由于该系统的循环管道要穿过各户的卫生间连接分户水箱,每户平均有9米DN32管道,有一定的热量损失,因此每户要增加0.30.5M2的集热面积作为补偿。根据上述两项,每户平均的集热面积为:A=Ac1.25+0.3=2.3m22.4集热器的数量按照以上计算的集热面积和楼顶安装空间,24层,2个单元,1梯2户,共96户,2.3平/户,安装一套太阳能热水系统,合计集热面积220.8m2,基本满足系统要求。2.5分户的水箱配置根据该楼
5、座具体的情况,我们为每户设计了100升的储热水箱,保证3个人的正常用水,该水箱可以通过底部的换热盘管与集热循环管路换热,分户水箱上还有电加热器,在太阳能量不足的情况下,可以启动辅助电加热,保证正常使用。3、系统工作原理3.1集热循环每日太阳辐射达到一定强度时,集热器温度T1开始上升,当集热器温度达到控制器的设定温度(T160),且集热器出口与集热器进口的温差(T1T28)时,集热器循环水泵开始启动,集热器内的高温热水均匀的输送到每个换热盘管,通过换热盘管将热量传递给每个分户水箱。3.2换热供水该系统的热水供水同电热水器的使用完全一样,自来水接入水箱底部,用水时只要打开阀门,冷水就会自动将储热水
6、箱的热水顶出,并且保证和冷水一样的压力。3.3辅助热源我们在储热水箱上安装了电加热管,如果太阳能量不足时,用户可以使用辅助电加热。分户水箱的控制器可以设定加热时间和加热温度,加热温度的上限值为60,这样可以避免集热循环将分户水箱的热量带走,设定加热时间可以设定加热的启动时间和停止时间,有效地节约能源。3.4控制PLC智能控制,全自动运行。采用太阳能综合控制程序,具有显示水温、水位、太阳能运行状态、故障报警、远程控制等功能。3.5防冻在集热管道上,我们设置了电伴热带,在管道温度低于2时启动伴热带,达到4时停止,避免天气寒冷时出现冻管现象。4.几项说明4.1缓冲水箱的设计在楼内循环管道和楼顶集热器
7、之间,我们设计了缓冲水箱。4.1.1缓冲水箱的作用有两个:缓冲水箱敞口设计,可以保证集热器末端压力为零;吸纳由于系统水的温度变化而引起的膨胀量。V=eV,V:系统总水量,V:膨胀量e:水由20-75的膨胀系数,取0.034.1.2缓冲水箱的容量一般是膨胀量的两倍,一半保证正常循环,另一半随时准备吸纳膨胀量。根据上表,将一个楼做成一个系统,缓冲水箱的容量为300升.4.2分户水箱系统(1)分户管井可以用预制板制作,吊顶以内部分可以只保温,不做管井,以便于维修。(2)集热器可以根据每座楼的具体情况,选择合适的集热器类型,但集热面积保持不变。(3)管件总成包括进出水管的阀门,排气气针,以及连接管。(
8、4)管道包括户内管道和楼顶集热器的循环管道。(5)集热附件包括系统共用的循环水泵、缓冲水箱、控制器等部件。其中缓冲水箱内外均为不锈钢材料,中间保温厚度80mm,容积根据系统的大小分别在250升500升之间。4.3集热和储热循环集热和储热循环是两个独立的循环系统,通过热媒(水或防冻液)循环,将两个系统联系起来,达到间接换热的目的。5结语。通过以上高层太阳能方案的设计和应用,得到以下结论和启示:5.1集热和储热循环系统相对独立,业主分户水箱使用的是自己家的自来水,避免了浪费现象,达到了节水目的。5.2业主分户水箱辅助电加热使用的是自己购买的电,业主可以个性化使用,供热不足,可以电辅加热。5.3相当于免费提供给业主一定的热量和一个水箱,方便了物业管理,提高了该楼盘的品质。5.4由于楼层较高,循环立管热胀冷缩位移较大,通过计算,每隔三层设计安装一个伸缩节,消除它的竖直位移,避免损坏入户三通。参考文献【1】郑瑞澄主编.民用建筑太阳热水系统工程技术手册.北京:化学工业出版社,2006【2】GB/T17049-2005全玻璃真空太阳集热管【3】GB/T17581-2007真空管型太阳能集热器【4】GB/T18713-2002太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范.北京:中国标准出版社,2002 -全文完-