集中集熱-分戶儲熱太陽能熱水系統的實例分析

潘雷

山東同圓設計集團有限公司

1 前言

隨著政府對太陽能的熱利用推廣力度日益加大，全國各地相繼制定了相關的強制政策。因此，開發商在樓盤的開發過程中也將安裝太陽能熱水系統作為重點來考慮，如何在高層住宅中合理有效利用太陽能是廠家及工程設計人員需要考慮的問題。對于高層住宅，目前采用的太陽能熱水系統[1～2]有：陽臺壁掛式分體太陽能系統、集中集熱集中供熱系統、集中集熱-分戶儲熱系統。由于高層住宅對外立面要求較高，陽臺壁掛式分體太陽能系統的使用有一定的局限性；集中集熱集中供熱系統對后期物業要求較為苛刻，且對于高層住宅（12層以上）底層用戶熱水管路存在超壓的可能。因此，集中集熱-分戶儲熱系統是目前高層住宅中比較常用的太陽能熱水形式，本文結合日照某高層住宅，對此種太陽能系統的特點及使用要求進行了分析。

2 集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統特點及管路設計

2.1 集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統特點

集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統是將集熱器在建筑屋面集中放置，每戶配置一套獨立的貯熱水箱，貯熱水箱內置換熱裝置和電輔助加熱裝置，系統循環裝置、控制裝置、定壓設備集中放置在設備間或樓頂。太陽能集熱器將太陽輻射能轉化為熱能貯存在熱媒水中，系統循環裝置將熱媒水輸送至每戶貯熱水箱，通過貯熱水箱中的換熱裝置將熱能傳遞給每戶貯熱水箱中的生活熱水，換熱之后的低溫熱媒水流回集熱器繼續加熱，通過往復間斷循環將每戶貯熱水箱中的生活熱水加熱供用戶使用。當太陽光照不足或貯熱水箱中的水未達到設定溫度時，用戶可以使用貯熱水箱內置的電輔助加熱裝置加熱貯熱水箱中的生活熱水，滿足用戶24小時使用的需求。

2.2 目前常用的幾種集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統形式

1）集熱回路為開式循環，主管路分為供水管、回水管兩路，非同程連接，主管路進入住戶時采用三通閥連接，如圖1所示。

圖1 開式循環集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統

2）集熱回路為閉式回路，主管路分為供水管、回水管、同程水管三路，同程連接，主管路進入住戶時采用三通閥連接，如圖2所示。

圖2 閉式循環集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統

3）集熱回路為開式回路，主管路分為供水管、回水管、同程水管三路，同程連接，主管路進入住戶時采用兩通閥連接，如圖3所示。

圖3 開式回路(三路)集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統

4）集熱回路為開式回路，主管路分為供水管、回水管兩路，非同程連接，主管路進入住戶時采用兩通閥連接，如圖4所示。

圖4 開式回路(兩路)集中集熱分戶儲熱太陽能熱水系統

2.3 集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統管路設計的分析

在上述幾種常用的管路設計方案中，不同的部分主要為以下幾個方面：

1）集熱回路是開式或者閉式。閉式一般為單泵，開式為雙泵，即閉式系統中，集熱循環和供熱循環合二為一成大循環，而開式的雙泵循環系統中，集熱回路和供熱回路相互獨立，同時開式系統中設置電加熱管用來作為極端天氣下的防凍措施，閉式系統在通過充注防凍介質作為循環熱媒，散熱通過散熱器或過熱時釋放熱水的方式來實現散熱。

2）供熱循環回路采用雙管路或者三管路系統。三管路設置是為了使熱媒達到各戶的路程一致，即同程管路，可使各戶獲得的熱量均等。而雙管路只能優先供給樓上或樓下的離熱源最近的住戶，因此會造成各戶的用熱水量不一致。

3）采用兩通電磁閥或者三通電磁閥。隨著對集中集熱—分戶貯熱太陽能熱水系統的深入研究，在該系統的應用中會面臨一個問題，即電輔助加熱的水可能釋放到整個管網中為其他熱用戶作貢獻。因此，安裝一個電磁閥是非常必要的，安裝電磁閥后，控制器把主回路干管中的熱媒溫度跟用戶換熱水箱內的溫度進行對比，當干管中的熱媒溫度高于室內水溫≥10℃時，電磁閥開啟，允許熱媒進入室內換熱水箱中進行換熱，將熱量儲存于室內水箱；反之，電磁閥關閉，避免室內熱量散失到大回路中去。但如果采用兩通電磁閥，在實際使用工程中可能會出現大回路堵塞的問題，會造成供熱回路的斷路。所以在單戶熱媒入口處安裝三通換向閥是一個比較合理的選擇。

通過上述分析，在本工程中設計了更加優化的方案，即采用帶三通閥的開式同程循環系統，如圖5所示。此種方案可以解決熱量分配不均的問題，又可以防止循環管路凍結或過熱，避免系統斷路、循環水泵悶轉等問題。

圖5 采用帶三通閥的開式同程循環系統太陽能熱水系統

3 太陽能熱媒循環管在公共空間內的設置

據《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》[3、4]的要求，太陽能熱水系統管線不得穿越其他用戶的室內空間，應放置在公共空間內。因此，本工程在設計時將管道井尺寸適當加大，管井內除其他給水、供暖管線外，增加太陽能熱媒供、回水管及同程管三根管線，各戶的熱媒循環支管從管道井內走墊層入戶。設于管道井內的熱水循環管，不占用戶內空間，又便于維護檢修。

4 工程運行狀況及存在的問題

本工程太陽能熱水系統已運行兩年，從使用效果及用戶反饋的意見看，達到了預期的效果。在運行中也存在一些亟待解決的問題，如個別用戶熱水換熱水箱內的換熱管有結垢現象，影響換熱效果。經與太陽能熱水器廠家溝通，這一現象比較普遍，很多廠家已著手解決這一問題，并研發出避免結垢的換熱水箱，如搪瓷內膽熱水箱等產品。因此，開發商及用戶在選用熱水器時應選用具有防止結垢的產品。

5 結論

1）集中集熱-分戶儲熱太陽能是高層住宅中常用的熱水系統，集成化程度高，集熱器利用效率高，對建筑外立面沒有影響，且安裝成本較低。

2）太陽能熱水管路采用帶三通閥的開式同程系統，可解決熱量分配不均的問題，是一種更加優化的太陽能熱水循環換熱系統。

3）為使集中集熱-分戶儲熱太陽能熱水系統更加高效節能運行，熱用戶換熱水箱應采用具有防止結垢的產品。

[1]萬水.高層住宅太陽能熱水系統類型選用探討[J].給水排水,2009,(12):65-69

[2]孫潤.太陽能熱水系統在住宅中的應用[J].江蘇建筑,2008,(5):27-28

[3]民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范(GB50364-2005)[S].北京:中國建筑出版社,2005

[4]何梓年.太陽能利用與建筑結合技術講座(二)-太陽能熱水系統[J].可再生能源,2005,(2):70-73