太陽能熱水系統在醫院中的應用實例

張恩博

1 工程概況

臨汾市新醫院包括門急診樓、醫技樓、住院樓、后勤保障生活樓、行政科研樓、感染疾病樓及相應配套的附屬建筑等。該醫院位于臨汾市規劃四街以東，濱河西路以西，規劃八路以南，規劃九路以北，總占地面積為24 hm2。該醫院主要建筑由門急診樓、醫技樓、住院樓連為一體。住院樓為主體，醫技樓、門急診樓為裙體。主體建筑地下1層，地上10層，裙體建筑地下1層，地上3層。建筑面積15萬m2，其他建筑及附屬建筑面積2萬m2，共計建筑面積17萬m2，主體建筑總高度45．50 m，1 500床位。

住院樓屋面和醫技樓屋面布置有太陽能集熱器系統及儲熱水箱間。該醫院門急診樓、醫技樓、住院樓內均設有集中生活熱水供應系統，主要供給門急診樓、醫技樓、住院樓內洗浴設施、手術部刷手、中心供應等處使用熱水。

2 太陽能作為熱源的確定

臨汾市新醫院集中生活熱水供應系統主要服務于門急診樓、醫技樓、住院樓。熱媒采用太陽能作為醫院生活熱水供應系統的主要熱源，在醫技樓屋面和住院樓屋面設集中式太陽能間接預熱系統，提供所需要的生活熱水。考慮到臨汾地區擁有豐富的太陽能輻射資源，保證率在55%以上。醫院只要花費初次購買太陽能加熱裝置的費用，就可以長期享受到充足的熱水供應。面對我國建筑業迅猛發展的形勢，日益緊張的常規能源供應和伴隨常規能源消耗對大氣環境的不斷惡化，為了使我國可持續發展國策得到順利推進，以技術經濟可行為先決條件，推廣太陽能加熱裝置非常必要。作為醫院，由于大部分使用者為病人，對于生活熱水的使用要求比健康人群更高。為了確保生活熱水水溫和水量，蒸汽作為輔助熱源，主要考慮陰雨天和冬季最冷時安全供水的需要。該醫院設有蒸汽鍋爐用于供給洗衣房、中心供應等處平時用汽及生活熱水供應最不利時使用。

3 太陽能集熱器系統的設計

住院樓屋面設置的太陽能集熱器系統，供給住院樓內洗浴設施生活熱水。醫技樓屋面設置的太陽能集熱器系統，供給門急診樓和醫技樓內洗手及手術部刷手所需生活熱水。住院樓屋面太陽能集熱器系統設置，一般根據住院樓熱水系統的日平均用水量和熱水用水溫度進行設計。但在實際工程中由于屋面的面積有限，可利用面積不可能布置下所需的太陽能集熱器。在這種情況下，就需要根據可利用面積來反算太陽能系統可提供的熱水溫度和水量。按照住院樓屋面的可利用面積，通過調研咨詢專業廠家，可以布置太陽能集熱器150組，每日能提供45℃ ～55℃熱水量100 m3。

住院樓1 500床位，每床每日可提供70 L生活熱水。按照醫技樓屋面的可利用面積(門急診樓屋面無可利用面積)，可以布置太陽能集熱器60組，每日能提供45℃ ～55℃熱水量40 m3。可基本滿足門急診樓、醫技樓所需熱水用量。

4 太陽能換熱系統設計

1)儲熱水箱容積的確定。住院樓屋面太陽能集熱器布置分為四個系統進行集熱、儲熱、換熱。按照太陽能集熱器四個系統具體布置，在不同位置分散設置了四座儲熱水箱，每座儲熱水箱容積為25 m3。水箱是儲熱的主要設備，同時可以起到穩定水溫的作用，以利于換熱的平穩進行。水箱容積過大，將延長把水箱水溫加熱到使用要求時的時間，不利于熱量的及時轉化利用;水箱容積過小，循環泵的啟動會過于頻繁，而且可能在太陽輻射熱量最高的季節出現水溫加熱到沸騰的情況。結合住院樓內熱水系統分區的水量，每區分別由兩座儲熱水箱供水。醫技樓屋面按照太陽能集熱器布置，設置了兩座儲熱水箱，容積各為20 m3，分別儲存門急診樓和醫技樓熱水用量。為保證儲熱效果，屋面儲熱水箱均設于水箱房間內。

2)屋面太陽能換熱系統流程。生活冷水由各區冷水系統變頻泵經位于住院樓和醫技樓屋面集中式太陽能集熱器系統及各儲熱水箱，通過一次循環泵和板式換熱器及二次循環泵將熱水加熱后儲存于熱水箱內。儲熱水箱出水經位于地下1層各換熱機房內汽—水半容積式熱交換器，供給各熱水系統。為保證太陽能集熱器性能的穩定性，避免水垢沉積在集熱管內，降低集熱性能，需采用間接換熱方式(見圖1)。

圖1 醫院二級處理工藝流程

3)太陽能換熱系統溫度控制。太陽能換熱系統的供熱能力按照生活冷水由10℃加熱到55℃ ～60℃設計，當儲熱水箱的水溫達到60℃時，儲熱水箱與板式換熱器之間的循環泵自動停止循環，太陽能集熱器系統停止供熱，儲熱水箱的水溫低于60℃時自動重新啟動循環泵。當連續陰雨天和冬季最冷、太陽能換熱系統不能正常工作時，可由位于各區換熱機房內的汽—水半容積式熱交換器通過輔助蒸汽熱媒直接加熱至60℃供給各區熱水系統。容積式換熱器出水溫度，可由換熱器本身溫度顯示裝置控制蒸汽熱媒閥門的啟閉，達到控溫節能的目的。

5 熱水系統設計

1)樓內熱水系統分區。熱水系統分區與生活冷水系統相同，住院樓熱水系統分為低區和高區，低區供給地下1層～地上4層，高區供給地上5層～10層。門急診樓和醫技樓各為一供水系統(地下1層～地上3層)。系統管路按同程設計，采用全日制機械循環供水系統，各區循環泵由各區回水管路上的電接點溫度計控制啟停，一用一備。

2)容積式熱交換器機房布置。在樓內地下1層，設有四座換熱機房，分別供給各區熱水系統。住院樓內地下1層設有兩座換熱器機房，供給高區和低區熱水系統。每座機房內設置高區和低區汽—水半容積式熱交換器各兩臺，互為備用。門急診樓和醫技樓地下1層各設一機房，內設汽—水半容積式熱交換器兩臺，互為備用，供給門急診樓和醫技樓熱水系統(半容積式熱交換器容積不小于15 min最大小時熱水量)。

屋面各儲熱水箱在晴好天氣時，達到使用水溫要求后，直接通過容積式換熱器供給熱水系統。當水溫不能滿足要求時，容積式換熱器開啟蒸汽管入口處的溫控閥進行二次加熱。為了安全起見，整個容積式換熱系統是按冬季最不利天氣情況(即太陽能系統停用時)進行設計的。

6 結語

在醫院集中熱水系統供應中，采用太陽能作為熱源制備熱水，可為一次投資，長期使用，此綠色能源無污染、無噪聲、無公害、衛生可靠，節能效益明顯，晴好天氣每天節約能量約7 000 kW。但由于集熱器及管路都置于室外，北方地區冬季環境溫度較低，集熱器、管路有可能結冰凍脹造成設備損害，影響整個熱水系統的正常運行。如用防凍劑作為循環介質，具有不結凍，不結垢等特點，但是使用成本較高。本工程采用循環防凍的保護方式，即在集熱器較冷端設置一個溫度傳感器，啟動循環水泵，使水箱和集熱器中的水循環運行，或在冬季最冷時關閉太陽能系統，泄除系統循環水以保安全。

［1］ 王偉國，應金鎖．淺析太陽能一體化［J］．山西建筑，2010，36(23):262-263．