太阳能热水器集中供热系统设计实例

阿宇

太阳能热水器集中供热系统设计实例 ( @( u" V4 t: ?! D& y3 p, S% }5 t! }提要 通过太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计实例,介绍其设计要点及安装过程中应该注意的问题。 % G7 u/ s7 s; o$ c: M% S关键词 太阳能热水器 集中供热 住宅 - Y/ L0 u+ K7 k1 e$ F Z 0 前言 ( n0 Q7 H" C6 w+ F 　　目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展。家用太阳能热水器走进了千家万户。据资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。浙江省年平均日照量在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。但是太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙把热水引下,在外墙凿洞进入室内。由于所采用的塑料管颜色不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动,极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。针对上述情况,笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设计内容之一,以避免上述情况的出现。本文是太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用情况,不足处敬请同行指正。 / a! X6 x: t4 r, Z; s" x% ] 1　工程概况 0 m+ t5 U1 R$ @0 X+ {2 \9 T* O! r　　该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。前三期未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热水器而引起的邻里纠纷不断。四期建筑面积4.2万m2,都为6层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。供水方式为小区消防生活水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。水池集中设置在小区绿化带内。结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做法。决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工,并同步交付使用。设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、充分发挥设备功效。 2　太阳能热水器的选型 　　浙江省市场上太阳能热水器品牌繁多,所以选型是整个设计的关键。设计人员协同开发商本着如下原则选型:①生产厂家应具有多年的生产经验、技术力量雄厚,有完善的售后服务体制。②太阳能热水器贮水箱耐腐蚀、无毒、保温性能好、外形美观。③要求产品热效高、强度大、质地轻、设备运行可靠、故障少。④价格合理,以减少开发商的投资。 经多方比较后,确定选用带卧式副水箱全自动型产品(坡屋顶式)。该型号适用于坡屋顶,克服了现有技术各种太阳能热水器重心高,在坡屋顶上安装困难等缺点,安全可靠、外形平整,成片安装整齐美观。安装贮水箱位置由建筑专业做相应处理。表1为该产品与浙江省家用太阳能热水器地方标准的比较情况。 6 x5 b$ V0 D- z" a; r- l 表1　选定产品与省标比较 ( }) ^/ S, ]$ o5 a3 { 1 C+ k! n! q9 _6 B( b项目 浙江省标准 选定太阳能热水器 保温 聚胺脂发泡40mm 聚胺脂发泡50mm & z O3 S$ }2 ]% Z% q3 }热性能/% 45 51 水箱内胆/mm 0.5 0.5 (3042B不锈钢) 0.4 0.8 : y/ c" |- ~# @2 Y承压耐压要求/MPa 2倍于热水器的 0.05MPa空气检漏 非承太耐压要求 水压检漏 : Q7 H! q& p% _7 z+ ^; t1 u该产品具有以下优点: (1)集热效率高。外表面采用选择性Al一N/Al吸收涂层,该涂层对太阳能吸收率高达0.93以上,发射率＜0.060内外管间真空度＜5×10-3Pa,空晒温度可达250℃左右;夏季水温可达90℃,冬季也能产生45℃以上热水。 (2)保温性能好。该水箱保温层由高效保温材料聚苯乙烯与聚胶脂发泡而成,保温性能是普通聚苯乙烯泡沫板的3倍,能保温48h以上。 (3)使用寿命长。产品外壳采用进口双涂彩板和不锈钢,防腐抗老化性能好。真空集热管采用特硬高砌硅玻璃制造,能承受0.6MPa压力和2.5cm冰雹,理论寿命为15年。 3　全自动型工作原理 . P0 i+ Y6 B! c 　　位于住宅单元底层的上水阀处于常开状态,自来水经上水管及卧式副水箱中浮球阀自动上水,水满后浮球阀自动关闭。在使用时,主水箱中的热水经热水管及各配水点流出,副水箱中的水给主水箱补充,副水箱水面下降、浮球阅下降并自动补水,主水箱在自动运行状态下总是充满水。副水箱的水是通过一个混水装置补进主水箱的,可保证在使用热水时,主水箱中的热水缓慢均匀降温,避免骤冷骤热现象的发生。而且当自来水水压不稳时,只要夜间或其它时间自来水水压恢复正常,一小段时间后冷水即通过副水箱的浮球阀自动补满。因进水口在水平面之上,故再停水时水也不会倒流。 3 v1 L: Q3 I, C- R8 E 4　设计过程 4.1集热采光面积的确定 　　太阳能热水器的采光面积与集热器的热性能、使用期间的气象条件、用户所需的水量和水温等诸多因素有关。该住宅小区设计热水量为120L/(人·d),在计算热水量时每户按4人考虑。每一单元热水量V=120×4×12=5760L。按每平方米集热面积可产40℃热水80L计算,则一个单元需真空管集热面积为72m2,选用12排ZT24(1.5)型太阳能热水器。联接方式为并联的集热器组并联,如图1。该系统具有自动补水功能,无人值班,通过自动控制的水泵循环换热。即使单支集热管损坏,整个系统照常运行。 + d2 [* D$ v- h' E, I 4.2　循环系统 $ e, H2 z& f R N5 ]2 n8 b5 G6 E 4 R: J! W6 x; i2 |4 l　　为避免管网内积存有冷水的情况,设计时采用循环泵强制循环的方式,采用温度控制器控制泵的循环。室内管道设计为串联式,以加大各支路水头损失,使得各支路循环阻力相对平衡。循环水泵的扬程应足以克服管道阻力,流量取2L/(min·m2)的集热面积。循环水泵采用单相式,安装位置设在系统上部,因安装在室外,设计时采取安装防护罩的保护措施。考虑到其电能的收费问题一直是房管部门及住户最伤脑筋的事,既不能及时收取电费还影响邻里关系,设计采用CKJ-F3型楼宇公共用电均分器。该产品由固态双向晶闸管分时输流导通,达到均分电能的目的,由于集成电路振荡器周期误差近似零,均分器精度较高。安装时只须与单元各用户电表相连,然后把负载输入端子与水泵相连即可。 # E7 _* ~5 L7 _1 h3 K2 a* e4.3　热水管道布置及计量 # \5 R& H& p) U+ u* F　　在进行给排水设计时将室内热水管纳入住宅厨卫设计中、合理布置。厨卫间太阳能热水管集中设于管道井中,热水支管暗敷在墙内。因每户拥有两套卫生间及一套厨房,用水点分散;因楼面采用预制险板及厨卫部分楼面为现浇板,配水管采用暗敷不可行,明敷则影响美观。故采用每个卫生间和厨房分设管道井。本工程在每户卫生间及厨房间分别设置冷、热水远传式水表。 . f* w8 @3 G% V- ?: k% _: ]4.4　管材的选用及保温 # a( J: ]1 F5 G( J2 K- w　　因屋面热水管长期暴露在外,受太阳曝晒。阳光中的紫外线加速管道老化,所以设计时选用了黑色的铝塑复合管,室内热水管为桔红色热水型铝塑复合管。铝塑复合管导热系数远小于铜管,一般情况下总热损失小于铜管。这样相应减少循环流量,降低运行成本。屋面保温材料采用单面开口高发泡聚乙烯管壳,厚度不小于15mm,保温材料包覆后,屋面热水管应外缠两道宽度为100～120mm,厚度为0.22mm黑色聚氯乙烯薄膜保温层,保护层外表用1mm浸塑铁丝扎紧,间距为400～450mm。 1 r. b* C4 Y6 X0 _% b, { & d6 o, Y2 J9 Y9 o& |+ g4.5　太阳能集热器的安装方位集热器的最佳布置方位是朝向正南,允许向西偏离15。以内,否则将影响热水器表面上的太阳能辐射强度。 集热器倾角的确定,根据全年使用经验公式 - i. Z9 o# f4 D& ~# ya=ψ+(50～100) % J2 ^+ [, O; x1 M 3 ?1 W5 ^1 v( H式中a----集热器的倾角； 　　ψ----当地纬度。 ( Y, @% d* H w' l: o3 M 2 g+ V. \' x* [0 ~7 P5 N1 t9 ^衢州市所处纬度为29。,得倾角为 & s2 v0 O) E: z a =290 +80 =370 `3 U* J2 W5 o! L) ]' t/ }太阳能热水器前后排不挡光的最小距离可由下式计算: 8 h5 V% F e5 ]6 n2 a6 `1 t5 Z! MS=(H/tgas)×cosγs 3 E% J* _# F5 f$ B7 {9 m ( f0 S+ c [* H式中S----不挡光最小距离; ( H# |+ Z$ o! d8 Y 8 S. Q) N7 }: G! Q　　H----集热器前面物体高度; ! n5 ] O% A; O% ^. `　　a----太阳高度角; ) k/ Z( q: a; o: f　　γs----方位角,本设计该值取0。 7 h+ X- T* S9 f" g0 _6 \2 Z / Y" [" d: G4 o1 L- F本设计结合当地具体情况按相隔1.8m考虑。 5　安装要点 (1)按照设计确定的集热器最佳布置方位安装不锈钢支架、主水箱和尾座。 $ b( g& y' B o9 }; M: g; B (2)因玻璃真空集热管空晒会产生200℃左右的高温。如立即上水将会使真空集热管炸裂。所以安装时应从纸箱中取一支装一只。先往集热管中灌水,套上装饰圈用肥皂溶液涂抹集热管口部的外壁约10～15cm长使之润滑。边旋转边缓慢插入水箱孔内硅橡胶封水圈中,然后将集热管小心地旋转后退,使集热管尾部退入尾座箱塑料托底部。 & [+ ~. Y" u) }: Q, n4 `0 a8 J, R- e(3)选择好朝向,安装支架、主水箱和尾座,热水器支架四个脚应分别安装L型铁片,并用险埋好。调整好各部件位置,并用抱箍带将水箱固定,防止大风将热水器掀翻而造成事故。 + z# d9 z& w6 o$ f ' q. `* R6 i, |; a" k% O' O3 {6 b(4)安装时应注意不可把出气孔堵塞,否则会因正压鼓坏或负压抽瘪损坏热水箱。 , ~( i% `! i+ F, ^: d5 W Q (5)安装副水箱的顺序是:将连接主副水箱的塑料管涂上皂液,经检修孔由副水箱内向外穿出,再插向主水箱上部对应的孔内,同时套上环状保温垫,最后在安装并收紧副水箱的包箍带后,将副水箱内的塑料管再次用力按一下,使之插到位防止渗漏。 ; P5 x2 E2 \+ C& l5 K4 [(6)太阳能热水器各支架与屋面避雷网可靠连接,以防雷击。 7 ]; e# I; R" V& Q: n+ b5 S(7)集热系统的感温元件应安装在最后一块集热器的出水处,而不要安装在回水管路上,否则感温元件不能及时反映热水器中的水温,造成系统集热效率下降。 3 q# |1 j7 Y$ t0 A4 n! k6　小结 　　该太阳能热水系统出水水质清洁卫生,住户入住后该热水系统受到了好评。虽然太阳能热水器的初装费用较高,但一次投资,多年受益,不必增加后续费用。但也存在阴雨天或日照不足时无法使用的问题。笔者与厂家联系后解决办法是每户增加辅助电加热器。该加热器采用热管导热技术和特殊的高效水电隔离技术、独特的防干烧装置和可靠的漏电保护插头,使得太阳能热水系统全天候供应热水成为可能。 X3 y% _- z+ _2 s# l9 p g) A' J+ d, M% l: `; c