聯集管太陽能熱水工程質量管控與冰雹災害防護研究

李彥華 陳國昌 印濤 孫業科

【摘要】太陽能熱水系統因其結構簡單技術專一，很多細節問題易被忽視，嚴重影響著用戶的使用效果和太陽能行業的健康發展，本文就工程質量管控與冰雹災害防護進行研究探討以期與同行共勉。

【關鍵詞】太陽能；熱水工程；質量管控；冰雹災害防護

Union of tube solar hot water project quality control and the hail disaster protection research

Li Yan-hua，Chen Guo-chang，Yin Tao，Sun Ye-ke

（Unit 96531LuoyangHenan471031）

【Abstract】Solar hot water system because of its simple structure technology is single-minded， details easily neglected， seriously affecting the use effect of the user and the healthy development of the solar industry， in this paper， the engineering quality control and research of hail disaster protection in order to share with colleagues.

【Key words】Solar energy；Hot water engineering；Quality control；The hail disaster protection

隨著社會經濟的高速發展，人們的生活水平得到了快速提高，社會生產和居民生活對熱水的需求量亦與日俱增，加之不可再生能源儲量有限和對環境的嚴重污染，太陽能作為新興清潔能源更加得到人類的重視和青睞。太陽能熱水系統的分類方式很多，僅以其集熱部分的材料與結構不同大致可分為戶（單元）式系統、板聯式系統和聯集管式系統等三大類，目前工程中又以聯集管式太陽能熱水系統最為常見。

1. 基本結構組成

聯集管式太陽能熱水系統主要由玻璃管集熱模塊組合、儲熱水箱、循環泵組、集中控制系統、支架及閥門管道連接而成（見圖1太陽能熱水系統結構及運行）。

2. 工作原理

安裝在支架上的真空管集熱模塊組合以太陽輻射為主要能源，在冷水正常供應的條件下，通過一定強度和一定時間的日照，集熱模塊組合可以產生一定溫度的熱水，當集熱模塊的最低點和最高點的水溫達到設定溫差時，循環泵組在控制系統的作用下開始運行，直至溫差消失，同時集熱模塊組合進入下一個加熱循環。由此整個系統便能在集熱模塊組合持續加熱和循環泵組根據溫差間歇運行的共同作用下，達到使儲熱水箱內水溫逐步提升的目的和效果。根據理論計算和工程實測證明：在環境溫度達到15℃以上，日均太陽輻照量達到20MJ/m2以上（北方陽光資源較好的地區，夏季晴好天氣），入口冷水溫度15℃時，每平米產生45℃～50℃熱水約60～80Kg；當環境溫度在0℃左右時，日均太陽輻照量18MJ/m2（北方陽光資源較好地區，冬季晴好天氣），同樣入口冷水15℃，每平米產生45℃左右熱水約40～60Kg。

3. 工程案例

3.1案例情況簡介。

某小區位于河南中西部北臨黃河，規劃16層住宅樓數棟，頂層檐口高度49.5M。設計熱水系統為：冬季利用市政高溫熱水自備換熱機組不間斷供水，各單元底部設單元循環泵一組，供水方式為上供減壓模式；其他季節為屋面聯集管太陽能集中供水，管道與冬季系統連接（見圖2單元系統示意圖）。項目劃分三個標段由三個品牌的供應商供貨并負責安裝調試。

3.2存在質量問題。

經調試和初期使用證明三個品牌系統在安裝質量及運行可靠性等方面有著較為明顯的差距，經過兩個年度的運行和維護，發現不少問題需要研究探索。

（1）整體布局不合理，系統邊緣距女兒墻距離和系統底緣距屋面高度都太小，嚴重影響工程收尾施工和后期維護（見圖3距女兒墻距離太小、圖4距屋面距離太?。?。

（2）基礎支敦未座在結構層上而直接座在屋面面層上，會導致保溫層局部受壓收縮和防水層受損。基礎支敦未用砼澆注而用磚或其他材料砌筑強度和壽命不能滿足要求（見圖5支敦直接座在屋面面層上、圖6磚砌支敦材料強度不滿足要求）。

（3）儲熱水箱形狀結構選擇不合理，安裝高度不當，導致頂層供水壓力不足；水箱管路接口位置設置不當，影響有效儲水量；水箱內、外未設置人梯影響檢修維護安全。

（4）支架不牢防風能力差導致真空管損壞；管路保溫層厚度不足，保護層質量低劣，法蘭及活接未作標示；管路坡度不合理，不能滿足放空及排污要求。

（5）系統控制系統制作安裝粗糙質量低劣，電磁閥、電動閥、循環泵選型與系統要求不匹配，導致溫度過高噪聲過大；防雷接地可靠性不夠，未與建筑避雷網可靠連接。

（6）系統設計未考慮反沖洗和除垢功能，管路沖洗困難、結垢嚴重。

4. 質量管控與運行維護措施

為避免和有效減少質量問題的出現，保證太陽能系統的運行效果和使用年限，需在工程各階段嚴格質量管控。

4.1招投標階段。

（1）對競標單位資質、企業信譽度及施工能力水平等方面進行嚴格審查，避免不良企業參與競標。

（2）標段劃分不宜太多，否則會給施工監管帶來麻煩，同時增加運行維護的難度。

（3）招標文件的技術要求須詳細具體全面，如水箱的結構、尺寸、材質規格，管道的材質，閥門、開關、儀表等部件的品牌等級，支架用料的材質型號及連接方式等均須明確。

4.2深化設計階段。

4.2.1嚴格研究審查中標單位提供的深化設計方案及施工組織設計，通過仔細審閱平面圖、立面圖、系統圖、效果圖，確定設備管線的位置標高和相互關系，考察系統與建筑主體外觀的協調性等。

4.2.2嚴格循環泵、儲熱水箱及重要閥部件等主要設備材料的選型定型：

（1）循環泵的品牌型號選擇非常關鍵，功率過小不能滿足使用需求；功率過大不僅造成投資成本運行費用增加，而且調試困難嚴重影響設備使用壽命。

（2）儲熱水箱應在現場條件允許時優先選擇圓柱形。圓柱形水箱具有結構簡單、用料經濟、焊縫少、宜保溫、好清理、使用壽命長等優點。根據底面積大小應在底部適當位置設集垢坑便于排垢維護。水箱頂部宜做成錐形，以防積水浸入保溫層影響保溫效果。水箱內、外部亦須設置人梯以便于維護時使用。

（3）電控元件及纜線不得選擇低劣品牌產品，纜線保護及安裝必須符合相關技術規范要求，所有電控閥門應優先選擇電動閥而不宜選擇電磁閥。

4.3施工階段。

（1）現場質量監控人員必須學習和了解相關知識及標準規范，掌握施工程序和關鍵技術，認真組織工廠預制件的出廠驗收和設備材料進場驗收并注意現場成品保護。

（2）太陽能系統安裝人員要積極做好與建筑施工的穿插配合，認真組織系統基礎的定位與施工，應在屋面保溫及防水施工前完成基礎施工。放線定位時要結合現場情況全面考慮、合理布局，為下步施工作業及系統維護預留足夠操作空間。

（3）支架安裝前應檢驗基礎的平整度，支架連接固定宜選擇螺栓連接，若選擇焊接時須做好焊縫防腐處理，所有交接點必須牢固可靠。

（4）管道及其閥門部件的安裝必須符合相關技術規范和使用需求，其重量不應由聯集箱承負。各管道安裝時應保持一定坡度，確保系統檢修和維護時管內積水可徹底排空。

（5）集熱模塊上連管上方應加裝避雷網并與建筑避雷網可靠連接。真空管極易破碎，應在系統管道全部安裝完畢后安裝，然后再進行系統試水，真空管安裝時應保證管尾端高于其插口端3MM，形成坡度以便于排垢。

（6）循環泵的安裝位置應選在便于操作維護且不影響通行的地方，同時還應加裝防雨棚并采取相應的減振措施（見圖7循環泵防雨棚及減震）。水箱的安裝高度也有一定要求，其頂部應低于集熱模塊的上連接管，底部應高于集熱模塊的下連接管（見圖1）。

（7）在每組（串）聯集箱的底部須順聯集箱安裝外通閥，以備系統放空排污和反沖洗使用。反沖洗管可由水箱進（補）水管引出與集熱模塊上連管相連并用閥門斷開，通過調節沖洗管及水箱補水管上兩處閥門的啟閉，來實現系統反沖洗與水箱補水兩項功能的轉換（見圖1）。

4.4運行維護。

（1）運管人員應經過專業培訓，熟悉系統結構原理，掌握各管路、閥門部件的位置、走向、功能及操控要領。

（2）管道保溫層表面應設置水流方向標識，在閥門、法蘭和活接等部位應單獨保溫并設明顯標示以便檢修。

（3）根據當地水質和使用頻率等實際情況，定期檢查維護，確保系統運行正常。整個系統每年應至少進行一次反沖洗排垢維護，有條件時還可在系統中安裝永磁除垢器以緩解結垢現象。

5. 冰雹災害防護

5.1冰雹災害案例。

集熱管的機械強度與集熱管的原料、生產工藝、厚度、外徑等內在因素有關，有的品牌承諾可抗擊2.5CM的冰雹打擊。2015年5月6日當地遭遇大風冰雹強對流天氣，冰雹直徑達3.5CM，有轎車天窗受損報道，該工程太陽能集熱管受損260只，占總數的2.5%造成嚴重經濟損失并影響工程使用。

5.2受損情況分析。

太陽能集熱管豎置狀態（家用式）比橫置狀態（聯集管）的抗垂直打擊能力強50%，但因其積污嚴重排污困難不適合家用以外的工程體系。通過理論分析，47是58集熱管抗垂直打擊能力的1.5倍，另外，集熱管抗垂直打擊能力與集熱模塊的設計安裝角度有關（如圖8集熱管安裝角度與受受冰雹打擊面關系及護措施圖）。

5.3預防措施。

（1）招標采購時優先選擇直徑47集熱管。

（2）深化設計時選擇大角度安裝（如圖8）。

（3）設計并安裝30×30×3MM波型鍍鋅鋼板網。