燃?xì)鉄崴鬏o助太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用

桑 松 表

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

燃?xì)鉄崴鬏o助太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用

桑 松 表

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

介紹了太陽能熱水系統(tǒng)的組成要素，對(duì)鍋爐加熱、電加熱、燃?xì)鉄崴骷訜崛N傳統(tǒng)的輔助熱源進(jìn)行了比選，指出選用燃?xì)鉄崴鬏o助熱源具有節(jié)省空間，重啟時(shí)間短，便于間斷使用等優(yōu)點(diǎn)。

燃?xì)鉄崴鳎瑹崴到y(tǒng)，輔助熱源，太陽能

0 引言

為推進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，民用建筑的綠色設(shè)計(jì)必不可缺，而綠色設(shè)計(jì)中的可再生能源利用是其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。JGJ/T 229—2010民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范中指出：設(shè)有生活熱水系統(tǒng)的建筑，宜優(yōu)先采用余熱、廢熱、可再生能源等作為熱源，并合理配置輔助加熱系統(tǒng)[1]。太陽能作為一種綠色的可再生能源，是綠色建筑設(shè)計(jì)中首選的條件。

浙江省DB 33/1092—2013民用建筑綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中指出：十二層及以下(十二層以上的上部六層)的住宅建筑應(yīng)為全體配置太陽能熱水系統(tǒng)。有集中生活熱水需求的公共建筑應(yīng)優(yōu)先采用太陽能熱水系統(tǒng)、空氣能熱泵熱水系統(tǒng)等可再生能源系統(tǒng)，或采用余熱、廢熱等能源[2]。

結(jié)合本人設(shè)計(jì)的浙江外國語學(xué)院小和山校區(qū)內(nèi)食堂的太陽能熱水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，旨在為新建或改建的民用建筑中缺乏獨(dú)立輔助熱源的太陽能熱水系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)參考。

1 熱水系統(tǒng)組成

熱水系統(tǒng)采用全循環(huán)式集中集熱、儲(chǔ)熱的太陽能熱水系統(tǒng)。主要包括預(yù)熱罐、太陽能集熱板、輔助熱源、循環(huán)水泵、管道系統(tǒng)、配件及自動(dòng)控制設(shè)備。為保證熱水的出水效率，一般采用干管循環(huán)式熱水系統(tǒng)。

2 輔助熱源的選擇

由于太陽能熱水系統(tǒng)自身熱源具有不穩(wěn)定性，其原理主要通過太陽能集熱器吸收太陽能輻射能量并向工質(zhì)傳遞熱量。但由于太陽能自身具有極大的不穩(wěn)定性，其受到季節(jié)、天氣、晝夜、環(huán)溫等自然條件的影響較大，熱水系統(tǒng)所能夠提供的熱水就很難滿足使用要求,通常需要通過輔助熱源加以保證。目前常用的輔助熱源大致有三種：鍋爐加熱，電加熱，燃?xì)鉄崴骷訜帷Ｓ捎阱仩t加熱需設(shè)置鍋爐房等輔助機(jī)房，電加熱的使用成本高于燃?xì)饧訜幔试跊]有集中供暖(無鍋爐房設(shè)置)的單體建筑中，采用燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助熱源較為合適。

3 熱水系統(tǒng)的確定

3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程為一幢多層建筑的學(xué)生食堂，位于浙江某高校校區(qū)內(nèi)。設(shè)計(jì)規(guī)模為2 000人。熱水系統(tǒng)用水定額按10 L/(人·d)考慮，時(shí)變化系數(shù)取2.1，使用時(shí)間11 h。設(shè)計(jì)平均小時(shí)耗熱量為106 kW；設(shè)計(jì)最大小時(shí)耗熱量為222 kW。太陽能集熱板選用承壓式平板型太陽能集熱器，設(shè)置面積64 m2。輔助熱源選用3臺(tái)燃?xì)鉄崴鳎颗_(tái)輸入熱負(fù)荷為99 kW，儲(chǔ)水容積為322 L。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

容積式燃?xì)鉄崴鬏o助太陽能熱水系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

本工程采用輔助燃?xì)鉄崴骷訜崾教柲軣崴到y(tǒng)，通過強(qiáng)制循環(huán)間接加熱保證管網(wǎng)熱量。其工作原理：

1)太陽能集熱板內(nèi)熱水大于太陽能預(yù)熱罐內(nèi)溫度5 ℃時(shí)，開啟太陽能集熱循環(huán)泵；太陽能集熱板內(nèi)熱水小于太陽能預(yù)熱罐內(nèi)溫度2 ℃或太陽能預(yù)熱罐內(nèi)溫度不小于60 ℃時(shí)，關(guān)閉太陽能集熱循環(huán)泵。

2)當(dāng)太陽能預(yù)熱罐內(nèi)溫度達(dá)到熱水供水溫度(60 ℃)時(shí)，開啟電動(dòng)閥?，熱水通過旁通管路直接供給熱水用水點(diǎn)；當(dāng)太陽能預(yù)熱罐內(nèi)溫度小于熱水供水溫度(60 ℃)時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)閥?，熱水需通過燃?xì)鉄崴骷訜峁┙o熱水用水點(diǎn)。

3)燃?xì)鉄崴靼礋崴盟康氖褂们闆r逐臺(tái)開啟，當(dāng)熱水用水量較小時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)燃?xì)鉄崴?假定電動(dòng)閥?開啟，電動(dòng)閥?，?關(guān)閉)，隨著熱水用水量的增大，逐臺(tái)開啟燃?xì)鉄崴?即逐步開啟電動(dòng)閥?，?)，滿足熱水用量。

4)燃?xì)鉄崴鞯氖褂檬歉鶕?jù)膽體內(nèi)的水溫來控制進(jìn)氣閥門的關(guān)啟。當(dāng)水溫達(dá)到熱水供水溫度(60 ℃)時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，停止加熱；當(dāng)水溫小于熱水供水溫度(60 ℃)時(shí)，打開進(jìn)氣閥門，啟動(dòng)加熱。

3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1)充分利用太陽能熱量。

系統(tǒng)設(shè)置前置熱水預(yù)熱罐，太陽能熱媒管網(wǎng)內(nèi)選用冰點(diǎn)低于0 ℃的載體介質(zhì)，就能充分、高效地從外界環(huán)境空氣中吸收熱能，最大程度地利用太陽能，熱量不足時(shí)采用燃?xì)鉄崴餮a(bǔ)充加熱。

2)通過選用燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助加熱設(shè)備，可以保證系統(tǒng)在最不利條件下正常運(yùn)行。

燃?xì)鉄崴骺膳c太陽能熱水系統(tǒng)的附屬設(shè)備放置于同一機(jī)房內(nèi)，燃?xì)鉄崴骺赏ㄟ^自然排煙或強(qiáng)制機(jī)械排煙方式解決。總體設(shè)計(jì)上機(jī)房的占用面積將大大減少，同時(shí)可以減少設(shè)置其他輔助熱源所需要的額外獨(dú)立機(jī)房面積。

3)系統(tǒng)節(jié)能性能高。

當(dāng)外界條件(太陽能熱量)較好，預(yù)熱罐內(nèi)熱水溫度達(dá)到使用要求時(shí)，系統(tǒng)可通過電動(dòng)閥控制，直接將熱水供給于終端；當(dāng)外界條件不滿足要求時(shí)，系統(tǒng)可通過電動(dòng)閥控制，逐臺(tái)啟動(dòng)燃?xì)鉄崴鳎瑵M足終端用水要求。

4)系統(tǒng)可調(diào)控性強(qiáng)。

每臺(tái)燃?xì)鉄崴鞯妮斎霟嶝?fù)荷為99 kW，其儲(chǔ)水容積322 L，水在最不利條件下從5 ℃加熱到55 ℃，每臺(tái)燃?xì)鉄崴魉杓訜釙r(shí)間僅約為11 min。因而系統(tǒng)可以在較短時(shí)間內(nèi)重新啟用，從而避免了常規(guī)熱水系統(tǒng)需要24 h不間斷運(yùn)行帶來的額外能耗。

4 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

由于太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，在熱水系統(tǒng)的應(yīng)用具有明顯的節(jié)能效果，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先使用太陽能。雖然太陽能熱水系統(tǒng)比常規(guī)能源的初期投資成本大，但運(yùn)行費(fèi)用卻比常規(guī)能源低得多，從而大大降低了熱水生產(chǎn)成本，長期運(yùn)行具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

本系統(tǒng)主要成本為設(shè)備投資，包括太陽能集熱板、預(yù)熱罐、燃?xì)鉄崴骱脱h(huán)水泵等設(shè)備，占總投資的86.5%；土建及安裝費(fèi)用占11.4%左右；控制系統(tǒng)占2.1%左右。 該項(xiàng)目的控制系統(tǒng)集成度不高，人工控制較多，與理論自動(dòng)化控制有一定的差距，需要進(jìn)一步的加強(qiáng)智能化的控制。但項(xiàng)目在實(shí)際使用過程中，太陽能的利用率較高，燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助熱源，僅僅在外界條件不利時(shí)才啟用。

該系統(tǒng)針對(duì)需要集中熱水供應(yīng)，且有太陽能集熱板安裝位置的改擴(kuò)建項(xiàng)目同樣也適用，而且該系統(tǒng)的控制使用方便，節(jié)能。

5 結(jié)語

容積式燃?xì)鉄崴鬏o助太陽能熱水系統(tǒng)適用于新建、改擴(kuò)建等項(xiàng)目，且該系統(tǒng)具有良好的示范效應(yīng)，具有以下特點(diǎn)：

1)本系統(tǒng)通過設(shè)置預(yù)熱罐，利用太陽能進(jìn)行初次加熱，盡可能多的吸收太陽能熱量。

2)將燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助加熱設(shè)備，解決了輔助熱源問題，完善了太陽能熱水系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中的不足之處。

3)系統(tǒng)節(jié)能性高，極大地提高了太陽能的有效利用率。

4)系統(tǒng)可調(diào)控性強(qiáng)，可應(yīng)用于間斷集中供熱系統(tǒng)或定時(shí)集中供熱系統(tǒng)。

[1] JGJ/T 229—2010,民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2] DB 33/1092—2013,民用建筑綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

[3] 王根霞,段德宏.青藏線太陽能熱水供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析.節(jié)能，2004(9)：19-22.

The application of gas water heater auxiliary solar water heating system

Sang Songbiao

(ArchitecturalDesignandResearchInstituteLimitedCompany,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China)

This paper introduced the component of solar hot water system, made comparison and selection to boiler heating, electric heating, gas water heater heating three traditional auxiliary heat sources, pointed out that the gas water heater auxiliary heat source had the advantages of saving the space, short system restart time, convenient to intermittent.

gas water heater, hot water system, auxiliary heat source, solar energy

2015-09-12

桑松表(1983- )，男，工程師，國家注冊(cè)公用設(shè)備工程師

1009-6825(2015)33-0193-02

TU201.5

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