太阳能热水系统应用（共12篇）
太阳能热水系统应用 篇1
随着社会经济的不断发展, 一些人们熟悉的常规能源, 如:石油、天然气、煤炭这些非可再生资源都渐渐淡出了人们的视线。人类可利用的自然资源每时每刻都在减少, 国际上对此现象呼吁全球低碳化, 人们的消费模式必然也将转为低碳式、环保式、健康式消费。我国有着非常丰富的太阳能资源, 如何将丰富的太阳能有效利用, 如何将太阳能充分的利用到太阳能热水系统, 值得我们思考研究。由此可见, 太阳能热水系统的发展、推广和普及离不开这些丰富的太阳能资源。
一、太阳能集中式热水系统运行原理
太阳能加热系统的操作其实很简单, 原理就是我们都知道的光能与热能相互转化, 具体是以太阳能集热器为装置器, 收集太阳辐射并将冷水加热, 通过循环储存热水, 需要时即可使用。简单的技术却成为了当下能源领域应用发展中最具经济价值、技术最成熟并已具备商业化的一项应用产品。太阳能热水系统的组成部分也不繁琐, 主要是由太阳集热器, 泵, 贮热水箱, 辅助热源, 控制系统以及一些相关附件组成。
在我们国家太阳能热水系统一般都是以集中式进行供应, 随着工程技术的娴熟和发展, 现已逐步成为常规的热水系统工程。集中式太阳能热水系统工程使用范围较广, 可以满足多种多样的领域, 比如:家庭、医院、建筑等。
目前, 太阳能热水系统在建筑领域中的应用方式按照集热、储热和辅助加热三种加热方式的不同, 分为: (1) 单机太阳能热水器 (即分户集热、储热、辅助加热) ; (2) 集中式中央太阳能供热水系统 (即集中集热储热、集中辅助加热或分户辅助加热) ; (3) 半集中方式 (即集中集热、分户储热和辅助加热) 。
二、太阳能热水系统的应用领域
太阳能热水系统的应用很广泛, 下面就用两个例子来进行描述说明。
(一) 民用建筑供热
1、以某市某居民小区为例, 在整个小区安装太阳能热水系统时会考虑以下几点:
(1) 水箱容量、所供热水量、集热器的面积、加热器功率。 (2) 特殊天气状况下, 保证太阳能最大限度的应用。满足小区住户的用水要求。 (3) 在不影响小区整体美观的基础上, 切实保证太阳能热水加热系统的安全可靠性。 (4) 确定太阳能集热器的种类 (安全性、持久性、耐用性) 。 (5) 尽量降低太阳能热水系统的维护费用
2、太阳能热水系统的调试
太阳能热水系统的调试需要进行单机调试和联动调试。比如:阀门、水泵、电气、监控显示设备等的调试。在单机调试结束后必须进行太阳能热水系统的联动调试, 确认无异常现象。还需根据国家现行标准《建筑给水排水及采暖工程施工质最验收规范》进行水压试验。
3、民用建筑安装太阳能热水系统的优点
(1) 设备集中, 便于日常的维护管理。 (2) 耗能低, 热效率高。 (3) 成本低, 经济实惠。
(二) 太阳能热水系统在医院的应用
在医院, 由于使用热水的人群相对特殊, 水温要求稳定, 对热水的要求要比其他应用领域要高, 太阳能集中热水供应系统可以很好的解决这个实际问题。
1、医院在热水供应上存在的问题
(1) 医院各部门热水使用时间不统一, 医院有很多的部门, 门诊、住院部、食堂、洗衣房、办公室等。太阳能热水器受天气影响较大, 这就很难保证在任何一个时间段的热水水温均衡, 不能满足使用要求。 (2) 冷热水系统压力不平均。如果热水均由储热水箱加大压力来供应, 就无法实现冷热水系统的同步, 还是很难满足使用者的需求。
2、解决方法
医院是个特殊的公共场所, 热水的使用者也是特殊的人群, 对热水的使用要求也就更高, 为了解决医院在热水供应上存在的问题, 我们对太阳能热水系统进行了调整, 采取间接式的太阳能热水系统, 这个方案不是直接使用的太阳能热水, 是在保留传统容积式换热器的基础上, 将太阳能热水作为一个载体, 一个热源, 先对冷水预热, 之后预热的热水进入容积式换热器, 如果满足了使用者要求的水温, 可以直接使用;如果不满足, 那么预热的热水与蒸汽接触, 达到使用者满意的温度为止。
三、太阳能热水系统的节能效果及有利因素
1、据调查, 使用太阳能热水系统的用户, 以一个三口之家为例, 每年大约有4个月由于天气原因, 单纯的太阳能无法达到最佳效果需要用电加热, 所有的使用费用算在内, 使用太阳能热水器供应系统每年的能耗费用仅为l00元左右。
2、使用寿命长, 大约为15年左右。
3、新型能源绿色低碳, 节能环保。
总结:我国政府根据实际国情提出了建立资源节约型社会, 该种发展模式的提出高瞻远瞩, 如今世界的可用资源、能源一天天在减少着, 当最后一滴水、一滴石油都用尽了的时候, 我们要留什么给子子孙孙呢?太阳能资源作为可再生资源不仅给社会的生产力带来极大进步, 也切实的解决了从高碳时代到低碳时代的转换。无论哪种技术都是逐步趋于进步的, 在科技研发的道路上, 太阳能热水系统的应用一定还会有可改正和进步的空间, 相信在日后的运行中太阳能热水系统会尽善尽美。
参考文献
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[5]钱斌:《太阳能热水系统在建筑工程中的应用与探讨》, 《建筑节能》, 2010, 38 (1) 。
太阳能热水系统应用 篇2
茂名学院 王倩 北京工业大学 高新宇
摘要：太阳能采暖系统是以太阳能作为热源，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。本文介绍了太阳能采暖系统国内外现状和主要设备的应用情况，指出了系统设计中存在的一些问题，提出了发展太阳能采暖系统的若干措施。
关键词：太阳能 采暖系统 太阳能集热器 节能
前言
随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国属太阳能资源丰富的国家之一，年辐射总量大约在3300-8300MJ/(m·a)，全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h，每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，具有太阳能利用的良好条件。在建筑能耗中，生活热水、供暖能耗占了相当的比例，利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益，因此，太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。太阳能采暖系统概况 1.1 太阳能采暖系统原理
太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。太阳能采暖可分为主动式和被动式两种方式。被动式太阳能采暖通过建筑的朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材2料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成，相比于被动式太阳能采暖，其供热工况更加稳定，但同时，投资费用也增大，系统更加复杂。随着经济和社会的发展，主动式太阳能采暖开始大规模应用。
1.2 国外应用现状
欧洲、北美对太阳能供热(热水、采暖)系统的工程应用已有几十年历史，过去主要用于单体建筑内的小型系统，近十余年来，包括区域供热在内的大型太阳能供热采暖综合系统的工程应用有较快发展。德国是应用太阳能供热技术较早的国家，太阳能采暖技术已经在德国居住区供热设置改造和配套建设中得到广泛推广和应用；欧洲大多数国家都积极鼓励支持利用太阳能，对安装太阳能装置的家庭实行补贴政策，一般补贴为系统造价的20%～50%；以色列80%住宅装有太阳能热水器，政府以立法形式规定高度27米以下新建住宅必须安装太阳能热水器。丹麦Marstal太阳能供热采暖工程是世界上最大的太阳能供热采暖系统，太阳能集热器设置在大面积空地上，集热器面积1.83万m，与社区热力网连接，1996年建成运行，年热负荷28GWh/y，同时使用2100m水箱、4000m水容量砂砾层及10000m地下水池蓄热。
1.3 国内应用现状
我国太阳能产业发展很快，截至2006年，我国太阳能热水器年生产能力达到1500万平方米，在用太阳能热水器总集热面积达l亿平方米，生产量和使用量居世界第一。虽然我国太阳能热水器应用已经相当广泛，但太阳能采暖工程应用却处于起步阶段，已建成的都是单体示范建筑，如北京清华阳光公司办公楼、天普新能源示范大楼等，太阳能区域供热采暖工程则还没有应用实践。
近年的太阳能采暖建设项目中，比较集中和有代表性的是北京周边郊区县新民居的太阳能采暖工程。由于农村住宅相对分散，密度低，不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式，而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题，在农村推广安全环保、运行费用低的太[3]
[4]
3[2]
233
[1]阳能采暖系统符合新农村建设的客观要求。太阳能采暖所需的集热面积远大于太阳能热水系统，安装位置要求较大，对于高层建筑或居住密度较大的城区存在安装建设条件不足的问题，限制了应用，而农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，具备建设太阳能采暖项目的良好条件。北京平谷区新民居太阳能采暖工程项目进展较早，有很多成功应用的经验2 太阳能采暖系统设备 2.1 集热器
常见的太阳能集热器有平板型和真空管型两种，其中，真空管型又可分为全玻璃真空管型、U型管真空管和热管真空管集热器。目前在我国太阳能热水器市场，平板太阳能热水器约占10%左右的市场份额，其余均为真空管太阳能热水器，而国外平板太阳能热水器则占90%以上的市场份额，中国与世界太阳能市场主流存在巨大差异。由于太阳能采暖系统与建筑结合紧密，因而对集热产品与建筑的结合、故障率、使用寿命等性能要求较高，平板集热器结构简单，抗压，抗外力冲击，适合承压运行，从整体外观、结构强度、安装运行等方面都非常适合与建筑相结合。在热性能方面，尽管平板集热器的保温性能不如真空管集热器，但由于其有效采光面大于真空管集热器，因此其热效率高于真空管集热器。早期平板集热器不能防冻过冬的缺点随着技术进步早已得到解决。太阳能采暖工程中，非采暖季能源过剩，真空管集热器易发生爆管、真空度降低等问题，而平板集热器则能较容易地解决这一问题，因此，目前北京地区太阳能采暖工程中，很多工程项目采用了平板型集热器。
2.2 辅助热源
为住宅提供采暖用热水的太阳能采暖系统与为住宅提供生活热水的太阳能热水系统在供水特点上是不同的，生活热水不需要连续供应而采暖用热水必须连续供应，而且要稳定可靠。太阳辐射受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件的限制和阴雨天气等随机因素的影响，存在较大的间歇性和不稳定性，因此在太阳能采暖系统中，必须设置辅助热源。辅助热源要根据当地太阳能资源条件，[7]
[5][6]
。常规能源的供应状况，建筑物热负荷和周围环境条件等因素，做综合经济性分析，以确定适宜的辅助热源及合理的太阳能供暖比例。太阳能采暖中可以选择的辅助热源主要有小型燃油(气)锅炉，城市热网或区域锅炉房、工业废热、电锅炉、电热管、地源热泵及生物质燃料等。在农村建没的太阳能采暖项目，由于城市热网及燃气管线不易到达，油、电价格又较高，因此，辅助能源的应用类型多为生物质燃料。如北京平谷区挂甲峪村，辅助热源用生物质锅炉提供，采用生物质压块成型设备，把当地的果木修剪枝条粉碎后压缩成燃料棒或燃料块，作为生物质锅炉燃料，同时还用作炊事燃料，这种生物质压缩成型燃料比传统的生物质燃烧密度高，燃烧效率高，储藏也较容易，使用时劳动强度小，是一种较好的辅助热源方式。
2.3 采暖末端
太阳能由于热密度较低，集热温度很难达到较高水平。普通散热器热媒温度要求较高(70℃以上)，而太阳能系统不易达到该出水温度要求，因此，在太阳能采暖系统中，通常采用地板辐射采暖的末端供热方式。地板采暖所需要的低温热水在35℃～55℃之间，正好是太阳能集热器所能提供的适合温度。地板采暖系统以整个地面作为散热面，热量主要以辐射方式传播，与以对流散热为主的散热器系统相比，舒适性更好，脚暖头凉的热感觉更符合人体的生理学调节特点，且可以在比末端采用散热器的系统低2℃～3℃的情况下获得同样的舒适感，节省供热能耗。夜间采暖负荷一般大于白天，但夜间却无太阳辐射，具有蓄热功能的地板采暖方式是非常适合的。因此，目前太阳能采暖系统普遍采用地板辐射采暖系统作为末端。太阳能采暖系统设计中存在的一些问题 3.1 太阳能与建筑一体化
太阳能采暖系统是为建筑服务的，应该作为一个子系统融入建筑之中，实现太阳能与建筑一体化。但以我国太阳能热水器发展来看：长期以来，太阳能热水器一直是房屋建成后才由用户购买安装的，这种做法带来很多问题，主要是对建筑外观和房屋相关使用功能的破坏，导致了一些城市出
[5]台不允许安装太阳能热水器的规定，严重制约了太阳能热水器的进一步发展。由于太阳能采暖工程集热器的面积远大于太阳能热水系统，因此，太阳能采暖系统与建筑的有机结合尤为重要。各建筑设计院过去很少设计太阳能采暖系统，这就要求设计人员在实践中不断将太阳能采暖技术融于建筑设计中，积累设计经验以取得太阳能与建筑功能、建筑美学的协调。
3.2 冬夏热量平衡问题
目前安装的太阳能采暖系统，每6-8平米建筑面积约配置1平方米太阳能集热器，此种配比条件下太阳能的冬季供暖的保证率相对较低，但同时夏季太阳能系统产生的生活热水远大于实际消耗量，这使得太阳能集热系统不得不采取闷晒、遮挡等方法来减少太阳得热，造成非采暖季太阳能利用率过低和因系统过热而产生安全隐患等问题，因此，解决冬夏热量平衡问题成为太阳能采暖系统发展的重要技术问题。
3.3 相关设计资料不完善
太阳能采暖系统设计主要由暖通工程师和建筑工程师来完成，由于过去很少进行此类设计，设计师希望有相关的标准、规范和设计手册可供使用，目前已出版了国家标准GB50364《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》和《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》，但太阳能采暖系统的设计资料还不够完善，各厂家的产品性能参数还需经权威检测部门检测后作为进行系统设计的重要依据。发展太阳能采暖系统的措施 4.1 加强建筑节能
建筑节能是实现太阳能采暖的先决条件，由于太阳能在单位面积上的能量密度较低，如果不通过加强围护结构保温等措施来有效降低建筑物的采暖负荷的话，太阳能采暖系统的集热面积将会很大，增加系统的初投资，使太阳能采暖系统完全不能发挥应有的节能效益。我国已陆续颁布实施了针对不同建筑气候区的建筑节能设计国家标准，这些标准的强制实施将大大降低建筑物的耗热量指标，减轻太阳能采暖系统所承担的负荷，形成太阳能供热采暖工程应用的有利条件。
4.2 提高太阳能集热系统的效率
目前建设的太阳能采暖工程中，集热器、水箱等关键产品还有较大的改进空间，如进一步提高平板集热器的密封性以增加集热效率等，企业应加强研发力量，提高产品质量和工艺水平，开发安全可靠、高效稳定的新产品以不断提高太阳能集热系统的效率。房屋设计之初就同步进行太阳能采暖系统的设计，使设计适合于太阳能设备或部件的应用，在不影响建筑物的条件下，达到太阳能集热性能的最佳。
4.3 提高太阳能利用率
太阳能采暖系统一定要提高太阳能利用率以缩短投资回收期。冬夏热量不平衡的问题可由太阳能制冷技术、跨季节蓄热技术和全年的综合利用来解决。目前，跨季节蓄热的理论和实验研究还很少，研究的较多的是利用太阳能产生的热水驱动吸收式制冷机的太阳能制冷，由于吸收式制冷机需要高温水(85℃以上)做热源，所以，应积极开发适用于太阳能空调系统的中高温太阳能集热器。在目前国内太阳能制冷技术和跨季节蓄热技术还没有市场化的条件下，可强调全年的综合利用，考虑适当降低系统的太阳能保证率，合理匹配供暖和供热水的建筑面积，如使系统供热水的建筑面积大于供暖的建筑面积。
4.4 政府制定鼓励支持政策
太阳能热水系统应用 篇3
摘要：本文通过对太阳能热水系统与建筑一体化技术出现的背
景进行阐述，同时分析国内外太阳能热水系统与建筑一体化技术的研究现状，同时提出相应的政策建议，为从事太阳能热水系统与建筑一体化技术工程施工、设计的人员提供参考依据。
关键词：太阳能热水系统 建筑一体化
0 引言
随着太阳能热水系统被家庭使用，带来一系列的问题：①太阳能热水器在造型上与建筑难以结合；②建筑的结构和设备系统在安装太阳能热水器时容易遭到破坏；③太阳能热水器未做过住宅一体化设计，降低了太阳能热水系统的工作效率。在这种情况下，有必要研究太阳能热水系统与住宅一体化。
1 国外研究与应用现状
1.1 太阳能集热器的要求
通过调查研究，Stadler等人认为：46%的建筑师希望集热器符合建筑立向模数，28%的建筑师希望集热器有标准的尺寸，85%的建筑师希望集热器的颜色有多种选择。通过网络对建筑师进行调查，Mariacristia得出结论：建筑师认为通过集热器尺寸和位置、形状和尺寸等体现集热器和建筑外观的结合。
1.2 太阳能集热器与建筑的结合方式
①与屋顶结合。②与立面结合。T.Tchow等人通过数值模拟，集热器效率可达53.4%，并能降低对室内的传热[1]。③与阳台结合。德国一栋11层公寓在2004年改建时，将原有的阳台栏板用太阳能平板集热器进行替换[2]。④与遮阳结合。基于现有的遮阳构件Palmero Marrero等人，结合集热功能，并建立模型进行模拟，对三种不同构造的运行效果进行分析[3]。⑤与屋脊结合。荷兰LAFARGE公司开发了一种和屋脊结合的脊瓦型太阳能集热器，在一些传统坡屋顶建筑上特别适合[4]。
1.3 太阳能热水系统与建筑一体化设计
国外主要强调科技的领先及色彩的丰富、与建筑构件整合设计、新型整合屋面系统等[5]。
2 国内研究与应用现状
2.1 太阳能集热器
结合关键技术，针对于低层、多层住宅，国内提出集热器“建筑构件化”，适用于住宅的多种热水系统运行方式[6]。
2.2 太阳能热水系统与住宅结合的研究
史洁[7]提出整合设计的三条途径：太阳能集成技术策略、建筑整合设计的方法和政策的引导机制。
何海霞[8]对太阳能热水系统与高层住宅一体化进行了设计并应用于工程中。
吴琛[9]着重对太阳能装置的集热器与建筑的各组成部分的结合方式进行分析研究，提出了一些太阳能装置与建筑相结合问题的解决办法，推进太阳能热水与建筑一体化设计在山西省的应用。
钱烨[10]系统归纳了太阳能集热器与建筑立面的结合方式整理，如表1：
表1 太阳能集热器与建筑立面的结合方式一览表
■
注：表中1代表“局部热水供应系统”；2代表“集中热水供应系统”；3代表“真空管式集热器”；4代表“平板式集热器”。
2.3 太阳能住宅细部构造设计方面
国内各个地区均制定了集热器与建筑结合的构造图集，供建筑师参考，如上海现代建筑设计公司主编的《民用建筑太阳能系统应用图集》、大连市墙体材料革新办公室组织编制的《太阳能热水器与建筑一体化构造图集》等[11]。
2.4 太阳能热水器系统应用于不同层高的选择方案
王垚[12]提出了太阳能热水器系统的选择方案，如表2：
3 结束语
国内产品质量参差不齐；缺乏激励政策；与建筑行业脱节。在我国，后者阻碍太阳能热水系统的推广，前两个问题均会直接影响建筑行业。
参考文献：
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基金项目：常州工程职业技术学院大学生实践创新训练项目《太阳能热水系统与住宅一体化技术应用的调查研究》（编号Cx2011-15）阶段性成果。
作者简介：
住宅建筑太阳能热水系统应用研究 篇4
一、系统选择
我国城市住宅大多以多层、小高层、高层住宅为主, 发达国家的太阳能热水系统的技术在我国并不适用。尽管我国是太阳能热水器生产的第一大国, 也是民用建筑发展最快, 规模最大的国家, 但人均集热面积仅为日本、以色列等国的1/20, 况且目前大多为一家一户的分散热水供应, 及事后安装, 无序安装状态, 太阳能热水器的设计、生产与建筑存在着严重脱节状态, 太阳能资源的利用率极低。当务之急是如何综合考虑地区资源条件, 住宅类型, 居民的经济能力, 平面布局, 建筑外观, 热水用量及使用工况, 集热器形式与性能, 系统配置, 运行方式, 安装方法, 接口形式与大小, 安全性, 维修以及经济技术等因素, 优先充分利用太阳能这一原则, 及提供稳定热水供应的使用原则, 经技术经济比较设计出合理的住宅太阳能热水供应系统, 及相应的配套产品, 使住宅太阳能热水系统安全可靠, 性能稳定, 与建筑和周围环境协调统一。
1. 太阳能目前现状
在太阳能利用领域, 包括光电与光热两大部分, 其中光热技术是最成熟, 应用范围最广泛, 产业化发展最兴旺的领域之一, 其可靠的技术性能以及明显的经济性能, 正日益为大家所接受。在世界范围内我国已是太阳能热水器生产的第一大国, 但与发达国家相比, 人均集热面积不到0.06m2, 急需在太阳能热水器与建筑一体化的整合发展中寻求突破。
2. 太阳能热水器在住宅中的现状
随着太阳能热水器在城市普及率的不断提高, 由事后安装、无序安装这种使用方式所带来的一系列问题与矛盾也逐渐显现。例如影响建筑物外观和城市景观, 破坏了房屋的使用功能, 无序不规范的安装也产生了一些安全隐患, 最大的制约因素是由于大多数住宅小区容积率偏高, 住宅间的间距偏小, 按日照分析得到的数据, 分散的太阳能热水系统, 仅住宅高区极少数的楼层能满足冬至日太阳能热水器日照4小时的要求, 目前状况是住宅仅仅顶层住户在安装使用太阳能热水器, 人均太阳能利用率极低, 让每家每户都能享受及充分利用太阳能资源, 这正是住宅太阳能热水器系统整合设计所面临与解决的重大问题。
3. 太阳能热水器在住宅中的设置位置
从住宅建筑与太阳能一体化的角度考虑, 太阳能集热器结合建筑可布置在屋面、墙面及每家每户的朝南的阳台围栏、空调外机板上等位置, 从理论上来讲, 太阳能集热器设置在上述位置对低密度独立式或联排式底层住宅都是不错的选择, 而分散布置太阳能集热器, 依据目前的小区住宅标准、住宅的朝向、日照标准、房屋间距等来看对于上海及至全国实际情况来讲, 开发商要达到其最大的经济效益, 一般住宅的容积率相对偏高, 多层住宅间的间距仅为住宅建筑高度的1.2倍, 小高层间距在40米左右。太阳能集热器设置在阳台, 空调室外机挑板上, 外墙上等位置, 多层及高层住宅中低区住户都不能满足《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中每家每户集热器年均每天日照时数不少于4小时的规范要求, 即使是住宅高区住户, 满足了日照4小时的光照, 但由于集热器安装角度的限制, 设置在外墙面、檐口、阳台以及建筑雨蓬、遮阳板等位置, 从理论上来讲, 需补偿一定数量的集热面积, 造成一次性投资增加, 热利用率降低, 另外如何保障集热器的安全防护及住户的安全也是一大难题。
分散布置太阳能集热器, 除住宅上部能满足上述要求外, 多层住宅的下部, 高层住宅的中下部大多很难满足要求, 太阳能资源的利用率极低。而集中放置在屋面, 虽然能满足日照时数的要求, 但实际操作中分散式太阳能热水系统每户上下两根管道要增加管道井的位置, 尤其是住宅下部至屋面管线过长, 要散发大量的热量, 并且在使用过程中要放掉大量的管道中的冷水, 与节水节能相违背, 如何最大限度的充分利用太阳能资源, 让每家每户都能享受绿色清洁可再生能源, 唯一实际实用的位置就是将太阳能集热器布置在屋面上, 采用集中集热的形式。
4. 太阳能集中集热系统的设置原则
(1) 太阳能热水系统设计与建筑设计同步进行, 集热器应作为建筑的组成元素, 与建筑有机结合, 做到造型美观, 构件耐用, 安装、维护方便。
(2) 充分利用太阳能资源, 24小时为住宅每家每户提供生活热水, 采用成熟的太阳能热水技术, 控制成本, 避免复杂的后期运行维护管理。
(3) 进行经济技术分析, 达到节地、节水、节能、安全、卫生、环保的要求。
(4) 集热器及其部件标准化、模式化便于维修更新。
二、太阳能集中热水系统集热面积计算
1. 用水量
(1) 热水用水量标准:50升/人·天 (60℃)
住宅每户面积小于90m2按2.5人考虑
住宅每户面积大于90m2按3.0人考虑
每户小于90m2住宅设120升水箱
每户大于90m2住宅设150升水箱
2. 太阳能集热系统面积的确定
(1) 每户120L/d
式中:
Ac—直接系统集热器采光面积, m2;
Qw—日均用水量, 120kg;
tend—储水箱内水的终止温度60℃;
Cw—水的定压比热容, 4.187KJ/ (㎏·℃) ;
ρ—热水密度, (㎏/l) ;
ti—水的初始温度10℃;
JT—当地秋分所在月集热器受热面上晴好天气的日总辐照量, 上海:12220KJ/m2;
f—太阳能保证率50%;
ηcd—集热器全日集热效率, 取值为50%;
ηL——管路及储水箱热损失率, 此处取20%。
则太阳能集热面积:
(2) 每户150L/d
三、太阳能集中热水系统原理说明
1. 以往集中太阳能热水系统存在的弊端
过去集中式太阳能热水系统大多采用的是集中集热, 分户计量的模式, 采用热水表计量, 这其中涉及到水量与水温两个问题, 由于太阳能热水系统出水温度不稳定, 要满足水温要求又需要配置辅助热源, 常规的是采用电加热, 这又涉及到电费的分摊问题, 诸多的计量与很难精确的分摊, 往往导致用户的不接受。
2. 本系统的特点
设计思路:一是要充分利用太阳能资源, 让每家每户充分享受可清洁再生能源, 让住户受惠;二是系统要简单合理, 尤其是不增加用户的麻烦;三是保证水质与安全, 唯有如此, 节能环保的太阳能热水系统才是有推广与应用的价值。
3. 系统集热器设计
(1) 集热器朝向与倾角:正南摆放, 使集热器得到更多的太阳辐射能;全年使用太阳能系统集热器倾角应当与当地的纬度一致。
(2) 集热器连接:集热器数量较多, 为减少阻力, 所以采用并联连接;集热器数量较少, 采用串联连接。
(3) 基座:混凝土基座。
支架采用热镀锌4号角钢、抗风设计, 与基座牢固连接、抗台风能力强。
(4) 集热器前后排间距的计算:前后排集热器之间应留有一定的距离, 以避免前排集热器影响后排集热器的采光, 当全年使用时, 只要保证冬至日前后排不遮挡, 其它时间就不会遮挡。
L=前后排间距, H=集热器高度, a=当地冬至日正午太阳高度角。
采用单排前后布置, 不影响楼体外观整体效果。
4. 系统简介
本系统采用集中集热, 每户按户型大小设置不同容积的交换水箱, 将太阳能集热器产生的热水供交换水箱换热后回到太阳能储热水箱, 交换水箱出水温度设置在60℃, 如遇阴天, 出水温度低于60℃时, 由住户自行 (手动或自动) 启用交换水箱的电加热装置或交换水箱出水后接燃气热水器, 本系统最大特点, 不涉及水、电、煤计量问题, 系统简单合理, 采用两次换热, 水质卫生、安全。
下图为某住宅小区多层、小高层集中太阳能热水系统平面与系统原理图:
5. 系统控制、运行说明
T1集热器出水口温度;
T2热水箱底部的出水温度;
T3交换水箱内热水温度。
(1) 温差集热循环
当T1-T2>5℃时, 循环泵1启动, 集热水箱内水与集热器不断进行热交换, 当两者温度小于5℃时循环泵停止工作。
(2) 热交换循环
当T2-T3>5℃且T3﹤60℃时, 交换水箱前电磁阀处于开启状态, 此时循环泵2启动, 循环泵2为恒压变频出水, 与每户交换水箱进行热交换, 当T2-T3﹤5℃或T3≥60℃时, 交换水箱前电磁阀关闭, 当所有住户的T2-T3﹤5℃或T3≥60℃时, 循环泵2停止工作。
(3) 防冻循环
当T1≤3℃时, 循环泵1启动, 将集热水箱中的水打入集热器, 进行防冻循环, 直至T1≥3℃时, 循环泵1停止工作。
(4) 过热保护
当集热水箱T2≥80℃时, 关闭循环泵1停止集热。
(5) 真空集热管炸管漏水控制及报警
由水位传感器监控系统工作状态, 当集热器真空管发生炸管, 管道内水位迅速下降, 由水位传感器获取非正常水位, 关闭循环泵1, 同时, 控制远程监控系统发出报警信号, 告诉物业及时通知厂家更换真空管。
(6) 集热水箱水位控制
由水位传感器控制进水电磁阀, 当集热水箱水位低于设定水位时, 进水电磁阀开启, 当水位高于设定水位时, 进水电磁阀关闭。
(7) 防腐
空气中含有氯离子, 会对金属结构造成比较严重的腐蚀, 对系统中所用金属材料均采取防腐措施。
(8) 防雷
为防止雷电伤人, 系统中钢结构支架与建筑物接地系统可靠连接。
(9) 防风
集热器与支架的安装按图集规范安装。集热水箱为确保安全, 防止滑脱, 其与底座应固定可靠。
(10) 接地
所有电器设备及电气设备相连接的金属部件应做接地处理。
(11) 保温
所有明露管道及集热水箱均作保温处理。
四、经济节能效益分析
1. 太阳能、电、燃气热水器每次淋浴的加热耗能
以每人每天热水定额为50L (60℃) 热水, 自来水水温按10℃计算, 每人每天耗热量10.5MJ, 如果每天洗浴一次, 则每人每年耗热量约3820.6MJ。
太阳能 (人均配1m2集热器) , 太阳能平均的集热效率以50%计, 以上海地区太阳能年辐照量4200MJ/m2a为例, 年平均计算太阳能热水系统最少保热量2100MJ/m2, 年太阳能热水系统节能率约 (扣除系统运行中的热损失20%) 为44%。
2. 各种热水器的淋浴费用比较
一次淋浴的热耗量:
设定洗浴水温40℃, 冷水温度10℃, 一次淋浴需要50L, 则耗热量:
(1) 使用太阳能热水器每次淋浴的加热费用:
(1) 150L的太阳能热水器配3.0m2集热器, 以上海为例, 上海地区纬度倾角平面年总辐照量4200MJ/m2a。集热效率为50%计算, 则每1m2集热器每年得热量为2100MJ约等于582KWh, 则该热水器一年的得热量为:
一年可以淋浴的次数为:
推算一年淋浴1003次, 按照每次淋浴用水50L计算, 该套产品可以提供3口之家每人每周淋浴6.43次, 所以, 以每户每年淋浴1003次作为设计条件, 进行电、燃气热水器淋浴费用的计算比较。
(2) 设一套太阳能热水器的平均使用寿命为15年, 在使用周期内共可以淋浴1003×15=15045次。
(3) 设一套集中太阳能热水系统分摊到每户的投资为7000元, 则每次淋浴的加热费用为设备的折旧费用7000÷15045=0.47元。
(2) 使用燃气热水器每次淋浴的加热费用:
(1) 每次淋浴的耗气量:
燃气热水器的热效率取80%, 天然气热值取35MJ/m3。
则每次淋浴的耗气量为:
(2) 每次淋浴的燃料费:
上海天然气的费用2.50元/m2, 每次淋浴的燃料费0.22×2.50=0.55元。
(3) 设一套燃气容积式热水器的投资为3000元
在其使用周期内, 以十年试用寿命计, 住户共淋浴10030次。
每次淋浴的设备折旧费3000÷10030=0.30元;每次淋浴的加热费用0.55+0.30=0.85元。
(4) 使用电加热器每次淋浴的加热费用
(1) 每次淋浴的耗电量, 电热水器的热效率取90%, 则每次淋浴的耗电量为1.74÷90%=1.93Kwh。
(2) 每次淋浴的电费, 上海的电费为0.61元KWH。
每次淋浴的电费0.61×1.93=1.18元。
(3) 每次淋浴的设备折旧费
设一套储水式电热器的投资为2000元, 在其使用周期内以十年使用寿命计住户淋浴10030次。
每次淋浴的设备折旧费2000÷10030=0.20元;每次淋浴的加热费用1.18+0.20=1.38元。
3. 太阳能热水器投资回收年限计算
(1) 太阳能热水器每户年节约能源量
(1) 每户3口之家, 配3m2集热器, 在上海该集热器一年的得热量为6300MJ, 折合电量1745KWH, 当居民充分使用太阳能时, 该值就是太阳能热水器年节约能源量。
(2) 电热水器的热效率取90%, 以提供6300MJ热量供居民淋浴, 则需耗电:
(3) 燃气热水器的热效率取80%, 以提供6300MJ热量供居民淋浴, 则需消耗热量:
天然气低发热量值为35MJ/m3, 耗气量为:
(2) 太阳能热水器年节约运行费
上海天然气的费用2.1元/m3, 电费为0.61元Kwh。
(1) 相对于电热水器, 太阳能热水器年节约运行费:
(2) 相对于燃气热水器, 太阳能热水器年节约运行费:
(3) 增加投资的回收年限
(1) 太阳能热水器比电热水器增投资3500元, 回收年限:
(2) 太阳能热水器比燃气热水器增投资4000元, 回收年限:
4. 太阳能热水系统环保效益评估
太阳能热水系统的环保效益主要体现在因节省常规能源而减少了CO2的排放量以一户安装2.9m2集热面积计:
则15年内每户二氧化碳的减排量约为8.33吨, 每户年节约能量约为:4872MJ。
五、结束语
太阳能热水系统应用 篇5
太阳能采暖系统在北京市平谷区新农村建设工程中的应用与探索
北方农村的冬季取暖问题是一个普遍的尚未解决的问题.由于缺少持续有效的供暖,加上房屋的`密闭性很差,冬季的室内温度只有几度.在北京市平谷区新农村建设中,采用了太阳能采暖系统,有效地解决了农村的冬季取暖问题,提高了居住的舒适度.
作 者：赵钿 钟易呈 张华 作者单位：赵钿(北京九夏嘉业建筑设计咨询有限公司)钟易呈,张华(北京正元太阳能安装有限公司)
刊 名：小城镇建设 英文刊名：DEVELOPMENT OF SMALL CITIES & TOWNS 年，卷(期)： “”(12) 分类号：F320.3 关键词：太阳能热水系统应用 篇6
【摘 要】随着农业现代化进程的推进，绿色、环保、节能的农业生产模式越来越受到推崇，将太阳能光伏技术应用于温室大棚的控制系统不仅解决了温室大棚部分能源问题，同时又契合节能环保的现代农业生产理念。本文结合太阳能光伏技术特点，立足农业生产实践，阐述了在温室大棚控制系统中应用光伏技术的设计思路和方案，有利于进一步推进高效环保清洁的现代农业发展进程。
【关键词】温室大棚；太阳能光伏技术；节能环保
0.引言
我国的光伏产业目前仍处在初级阶段，但近年来太阳能产业发展非常迅猛，特别是太阳能电池产品已成功进入欧洲市场。太阳能光伏技术也越来越多的应用于各个行业，大到工业，农业，国防，通信等领域，小至家居生活，光伏技术无处不在。而农业生产中光伏技术的应用还相对较少，传统农业温室大棚的能源方式：一是供暖炉，二是电网电能。这已远远不能满足现代农业生产高效，环保节能的理念，因此将太阳能光伏技术引入温室大棚控制系统是发展现代农业推动农业科技创新的必由之路。
1.太阳能光伏技术
目前太阳能发电主要有两种形式：一种是光热转换发电，二是光伏发电（Photovoltaic Generation，PV）。太阳能光伏发电是通过太阳能电池的福特效应直接将光能转化为电能过程。优点是不需燃料，无污染，节能、安全、无噪音、容易获取。近年来，在太阳能有效利用中太阳能光伏发电式发展最快最具活力的一种。
1.1太阳能光伏系统的应用领域及特点
太阳能是一种环保清洁的能源，我国的太阳能资源非常丰富，多数地区平均日照射量在4kwh/m2以上，西藏地区可达7kwh/m2。我国的光伏技术应用还处于初级阶段，太阳能主要应用于太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电，太阳能卫星电池，太阳能路灯等。
太阳能光伏系统的特点：
优点：
（1）普遍性：是指太阳能在地球上随处都有，没有地域限制且不用开采运输。
（2）环保性：是指太阳能无毒，无害，清洁、绿色、环保，对于环境污染日趋严重的中国，是一种宝贵的资源。
（3）充裕性：太阳能每年到达地球的辐射量非常的充裕，相当于130亿万吨煤所产生的能量。
（4）长久性：科学家根据目前太阳产生的核能速率估算，太阳能的储量足够维持上百十亿年，地球的寿命也达几十亿年，对于地球人来讲太阳能的时间是长久的，无限期的。
（5）前瞻性：对于愈来愈枯竭的地球能源，太阳能无疑是最具开发潜力的绿色环保能源之一，从能源开发的意义上来讲太阳能的开发更具有可持续性和前瞻性。
缺点：
（1）分布零散：太阳能在地球表面每年的辐射量很大，但分布广，密度小，所以利用率低。
（2）稳定性差：太阳能的强弱容易受天气因素及昼夜交替的影响，所以稳定性较差。
（3）转换效率低，应用成本高：受材料和技术水平限制，多数太阳能产品转换率低，从而增加了其应用的成本，经济性一直是困扰太阳能普及的重要因素。
1.2太阳能光伏系统性能与组成
每个太阳能基片都是一个光电二极管，光伏发电是利用半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能的一种形式。而第一个使用的单晶硅光伏电池（Solar Cell），是美国人在1956年研制成功的，从此就有了光伏发电技术。
太阳能光伏发电系统分为独立（离网）太阳能光伏发电系统和并网太阳能发电系统。独立太阳能发电系统是由光伏电池板，控制器和电能存储部件及逆变器组成的发电与电能变换系统。而并网太阳能发电系统，除了上述组件外还必须有并网逆变器与国家电网并网。
（1）独立太阳能发电系统的系统如下图1示：
（2）太阳能并网发电系统如图2所示：
图2 并网太阳能发电系统结构框图
其中光伏电池板第一代产品是由硅片为基础的光电转换系统，为了提高太阳能电池光转换效率，降低光伏电池生产成本，相继出现了基于薄膜技术的第二代光伏电池产品，这种产品使用很薄的光电材料附着在非硅材料的衬底上，降低了生产成本，适合于批量生产；进而第三代太阳能电池产品也将问世，它是以先进薄膜制造技术为基础的理论极限光电转化效率可达93%。主要有量子点、多层多结、染料敏化的太阳能电池、有机聚合物电池、纳米电池等。
电能储存部件主要是指太阳能蓄电池，太阳能蓄电池一般采用铅酸电池，常用的有DC12V，DC24V，DC48V三种，在微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。蓄电池的主要作用是在有光照时将光能由太阳能电池板转换成电能储存起来，以备使用。
太阳能控制器主要对太阳能基板输出的电能进行调节和控制，把调整后电能分为两个途径输送，一方面直接送往直流负载或交流负载，另一方面将剩余能量送往蓄电池组储存，当太阳能基板发出的电能不能满足负载需要时，太阳能控制器便将蓄电池中储存的电能量送往负载。
太阳能光伏逆变器是光伏发电系统的核心设备之一，也称为DC-AC逆变器。在太阳能光伏发电系统中，可将太阳能通过太阳电池转化为DC12V、DC24V、DC48V的直流电能，通过光伏逆变器中的功率变换及控制系统转化为符合电网电能质量要求的110V或220V交流电。太阳能逆变器可分为DC-AC和DC-DC两种，可将太阳电池性能最大限度地发挥，并为系统提供强有力的保护功能。太阳能并网逆变器是光伏发电系统与国家电网并网的核心部件。
2.太阳能光伏系统在温室大棚控制系统的设计方案
2.1太阳能光伏技术在温室大棚控制系统中应用设计的背景和可行性
日本、美国、荷兰、以色列等国外农业设施栽培综合环境控制技术较先进的几个国家， 由于其地理位置、自然环境和经济基础不同， 其发展的侧重点也不同。
目前我国农业正处于从传统型农业向优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。要发展具有我国特色的温室自动控制系统，充分发挥温室农业的高效性，必须综合应用各种现代化控制和管理技术，通过各项设施的有效运作给温室栽培物创造最适宜的环境条件，最大限度的减少外界不利环境和气候条件对农业生产的影响， 获得作物最佳生长条件， 从而达到增加作物产量、改善品质、延长生长季节的目的。而面对现代社会能源日益枯竭的现实状况，开发利用新型能源已成为农业生产可持续发展的基本保障方式之一。
本设计针对中国北方天气干旱、日照时间充足的特点，将太阳能光伏技术引入农业温室大棚系统设计中，不仅可以解决系统的部分能源问题，而且可以提高现代农业生产的绿色、高效、节能环保进程。目前我国有些省份已经在一些地方率先使用太阳能并网发电系统，如无锡机场800kW屋顶光伏并网系统工程，镇江、丹江两个城市的2个4KW光伏并网系统等。从系统的可行性方面来讲，首先，中国是个农业大国，这种新型能源的在现代农业生产中的推广使用，将会为国家节省大量的资源；其次，中国的光伏技术近年来发展迅猛，光伏技术日趋成熟；第三，光伏技术在农业温室控制系统的应用，将能有效推动高效环保现代农业生产。第四，温室大棚多建在光照充足的区域，屋顶平坦，便于安装且空间充裕。
2.2光伏技术在温室大棚控制系统中的设计方案
2.2.1系统总体设计思路
本系统设计是基于PLC控制的农业温室大棚控制系统，通过PLC对温室中作物生长的环境因子光照、湿度、温度、CO2浓度等进行调节和影响，从而达到不同农作物生长所要求的环境条件。系统的输入控制因素主要是传感器所测试的光照、湿度、温度及CO2浓度，通过系统运算驱动执行机构动作（喷淋系统、遮阳网、补温系统控制、CO2补气控制、补光灯控制及通风系统控制等）来达到控制的目的。温室系统控制结构如图3所示：
2.2.2 温室能源系统创新设计
传统的温室设计系统，所有的电能均由系统电网供给。本设计将传统单一的电网能源供给，变为太能阳能光伏并网发电的形式，当阳光充足时，系统的电能有光伏发电系统供给，当夜晚、阴天光照不充足时，电网中的电能通过并网逆变器和控制器自动补给系统。系统设计拟用太阳能电池板、太阳能控制器和并网逆变器组成并网太阳能发电系统。并网逆变器同时兼有控制器和系统保护的功能。因为并网太阳能发电系统中蓄电池几乎不用，所以系统没有选用蓄电池。设计思路结构图如图4所示：
图4 温室光伏发电系统与控制系统结构图
光照充足时光伏发电系统产生的电能充足，逆变器自动给温室控制系统PLC及上位机、温室系统的传感系统（温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器等）、温室系统执行机构（遮阳帘、天窗、风扇、补光系统等）提供电能，因为系统是按照所有执行机构同时工作时的最大功率设计的，在同一时刻不是所有机构都同时工作，此时多余的电能由并网逆变器送给输电网；当光照不充足时，并网逆变器自动转换，系统将从电网中使用电能，此时转为电网供电状态。
3.结论
经过对北京农业科技学院的农业科技园和西北农林科技大学新天地设施农业开发有新公司的农业科技园的参观考察，获悉这些大棚系统设计均采用现代化先进的控制技术，设计理念新，工艺成熟，能源多采用输电网供给模式，设计中均未将光伏技术引入农业大棚生产中，其中最大的原因是成本太高。近年来，我国太阳能电池生产日趋成熟，二代、三代产品的相继问世，是太阳能电池的生产成本大大降低，但控制器和逆变器的生产技术尚不成熟，要实现高效的转换率，控制器和逆变器仍主要依靠进口。经过对国内外温室控制系统研究分析，结合现代农业高效清洁的理念，本设计有利于推动我国农业生产对清洁、环保能源的开发和利用，符合绿色、高效农业的先进生产理念。光伏太阳能技术以其永久性、清洁性和普遍性，必将成为我国现代农业生产的必由之路。
【参考文献】
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太阳能热水系统应用 篇7
1. 太阳能热水系统与建筑结合形式
在建筑规划设计之初, 就将太阳能的利用方式纳入设计之中, 使之成为建筑的一个有机组成部分, 在具体的设计过程中, 可以将太阳能热水系统结合高层住宅建筑的以下构件加以设计。
1.1 与建筑外墙的结合
对于建筑来说, 外墙是与太阳光接触面积最大的部位, 如果可以利用外墙作为太阳能热水器的集热部件, 将可以极大的提高太阳能热水系统的工作效率。在实际的建筑设计中, 我们可以利用南向的窗间墙作为有效的太阳能集热部位, 将其与太阳能系统的集热器一体化设计, 既能保证墙体自身的保温隔热等物理性能, 又能在建筑立面上形成一定的韵律, 成为良好的美学元素。
此外, 在高层住宅的设计中, 为了达到整体外观的和谐统一, 可以在方案设计的过程中将集热器和空调的室外机放置位置统一考虑, 作为立面表现的一种构成要素, 将太阳能热水系统的集热装置结合空调机位的百叶统一设计, 并将贮水箱放置位置与空调外机一并处理, 从而达到太阳能热水系统与高层住宅建筑的一体化设计。
1.2 与建筑屋面的结合
建筑的屋面作为太阳能热水器的集热部位有其特有的优势, 如不影响建筑立面美观、日照充足、不受建筑朝向的影响、不易遮挡等, 可以充分的吸收太阳光的辐射, 而且集热器还可以替代保温隔热层的遮挡屋面。在实际的建筑设计中, 应注意设计与之配套的管道井, 以免出现集热器循环立管裸露在外墙面或公共楼梯间, 对建筑立面和人员通行产生不利影响。
1.3 与建筑阳台的结合
相比于高层建筑的屋面安装太阳能集热器, 在阳台上的集热设备则具有便于检修, 连接管道短, 分户安装分户使用, 将贮水箱位于阳台上, 集热器依附于阳台栏板之外, 成为活泼立面的构图元素。然而受到高层建筑日照遮挡及自身热效率转换较低等因素, 且对立面建筑形式影响较大, 在实际使用中反映问题较多。故在设计中, 需达到既能有效的使用太阳能, 又不影响阳台的正常使用和建筑的外观整洁的要求。
2. 太阳能热水系统的设计选型
2.1 分散集热-分散供热水系统
单体建筑中每户的集热器均分散设置在各户南阳台栏板处或卧室窗间墙处。储供热水箱则分散设置在各户南阳台上, 水箱容积80~150L/户, 采用立式落地安装。设计热水供水温度为50℃。辅助热源采用储供热水箱内置2k W/户的电辅助加热器。
该系统的优点如下: (1) 各住户的太阳能相互独立, 互不影响; (2) 每户一套系统, 水、电分户计量, 便于物业管理; (3) 便与建筑相结合。但也存在以下缺点: (1) 存在遮光问题, 尤其是低层用户; (2) 太阳能采光面积小, 产水量不足。
2.2 集中集热-分散供热水系统
单体建筑中每个单元的集热器均集中设置在平屋面上, 集热面积大户型2.4m2/户, 小户型2m2/户。储供热水箱则分散放置在各户北阳台 (大户型) 或厨房 (小户型) , 水箱容积大户型120L/户, 小户型100L/户, 大户型采用立式落地安装, 小户型采用卧式挂墙半嵌入吊顶内安装。设计热水供水温度50℃。辅助热源采用储供热水箱内设置2k W/户的电辅助加热器。集热系统循环泵、膨胀罐、控制柜等设备一并放置在平屋面上, 集热系统循环立管 (3根) 分别由屋面向下沿各户北阳台敷设, 或沿外墙、楼梯间敷设 (接厨房储供热水箱) , 就近与每户储供热水箱连接。
该系统的优点如下: (1) 使用自家水箱的热水和辅助能源, 方便计量; (2) 不受楼层高低限制, 并可以实现太阳能热能资源共享; (3) 可根据建筑结构灵活布局, 可以实现与建筑相协调; (4) 只有一个系统, 运行可靠, 维护方便。存在的缺点: (1) 为方便使用和安全可靠, 应采用承压型储热水箱, 并带有电加热功能; (2) 水箱成本高, 从而造成系统成本较高。
2.3 集中集热-集中供热水系统
单体建筑中每个单元的集热器和储供热水箱均集中设置在平屋面上, 集热面积平均3.4m2/户, 集中储供热水箱容积按平均200L/户。设计热水供水温度为50℃。辅助热源采用燃气 (大多数) 或1.5k W/户电加热器, 由用户自选并在各户内设置。集热、供热循环泵设置在储供热水箱两侧, 控制柜设置在屋顶电梯机房设备间内, 供热系统供回水立管 (2根) 及由一层引入至屋面储供热水箱的1根自来水供水立管, 均设置在各层公共走道水表管道井内。各层至每户的太阳能热水供水管, 分别从供水立管上接出, 并经热水表计量后, 供给用户使用。同时可在各楼1层每个单元电梯门的墙上专门设计安装了一个显示温度的电子屏幕, 非常直观地即时显示太阳能热水系统的供水温度, 让用户使用时心中有数, 并据此判断是否开启自家的辅助加热器。
该系统的优点如下: (1) 系统设计简单, 便于物业管理和维护, 且造价较低; (2) 采用集中集热、集中储水、分户计量 (热水) 的直接供热水系统, 便于维护和管理; (3) 不受楼层高低限制, 并可以实现太阳能热能资源共享。存在的缺点: (1) 水质容易受污染; (2) 楼顶水箱体积大, 结构负载大。 (3) 随着住宅楼层的增加, 以及住户和使用人数的相应增加, 所需集热器面积会越来越大, 将会出现无法满足系统设计对集热器面积的设置要求的情况。
3. 高层住宅太阳能热水系统设计的一些建议
目前, 太阳能利用的发展水平和技术, 在理论上都是可行的, 在低层、多层建筑中已经过实践检验, 技术上比较成熟, 而在高层建筑中, 太阳能利用装置在供水、计量、安全防护等方面, 因为效率偏低, 成本较高, 受到经济性制约, 还需要更好的改进和完善。在实际的设计中, 可采用以下措施:
(1) 首先要了解太阳能热水系统装置的组成及各部分的要求, 研究太阳能集热器装置在建筑上可能的位置, 使其有机统一, 融为一体。向阳的屋顶、坡屋面、墙面、阳台、雨棚、遮阳板, 甚至是设置空调的百叶位置等, 都是比较理想的位置, 将太阳能热水系统的集热装置与其有机集合;同时, 太阳能生产企业则需要根据建筑师的要求努力将太阳能热水系统装置构件化, 模块化, 使其成为建筑设计中的“建筑语言”。在建筑规划设计之初就将太阳能热水系统的构件作为建筑本身不可或缺的设计元素加以考虑, 巧妙的将其融入建筑之中, 成为不可分割的一部分, 而非简单的附加构件。
(2) 对于12层 (或视工程具体情况而定) 以上的高层住宅, 可以采用集中供热水系统和集中-分散供热水系统这两种类型中的任一种, 再加上分散供热水系统的复合系统来解决集热器面积无法满足设置要求的情况。如一幢20层的高层住宅, 可在12层以上采用分散供热水系统, 在12层以下采用集中供热水系统;或者, 在12层以上采用集中供热水系统 (或集中-分散供热水系统) , 在12层以下采用分散供热水系统;还可以根据建筑立面布置的凸凹特点以及朝向的不同, 对凸出南面南阳台的住户采用分散供热水系统, 而对凹入南面南阳台或其他朝向阳台的住户采用集中供热水系统。
(3) 对于分散供热水系统, 在高层住宅的最下面几层, 可能会有临近建筑的遮挡、太阳光线照射不足等不利因素, 但也可以采取相应的措施予以解决, 如增加集热器的面积、增加真空管的根数、加设反射板提高集热效率等。
摘要：本文介绍了太阳能热水系统与建筑结合的各种形式, 分析了太阳能热水系统三种形式:集中集热-集中供热水系统、集中集热-分散供热水系统和分散集热-分散供热水系统的优缺点, 提出了高层建筑太阳能热水系统设计中的一些建议。
关键词：太阳能,热水系统,高层住宅
参考文献
[1]张程, 黄惟, 郑新风.太阳能热水系统与高层住宅建筑一体化设计实例解析.华中建筑, 2010 (4) :75～78.
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[3]钱斌.太阳能热水系统在建筑工程中的应用与探讨.建筑节能, 2010 (1) :57～59.
太阳能热水系统应用 篇8
然而, 太阳能作为医院建筑洗浴热水系统的热源存在一定的局限性。一是由于太阳能受季节、气候影响较大, 当遇阴雨天气日照不充足时, 不能满足使用要求;二是受建筑布局及面积的影响, 太阳能集热板在病房楼屋顶上布置的数量有限, 不能提供足够的热量。医院建筑洗浴热水用水量大, 太阳能热水系统需要与其他热源系统联合供应热水。
以山东省某医院为例, 在冬季由热电厂提供的热水作为该院生活热水系统的热源, 采用热媒换热系统为主、太阳能热水系统为辅的制热水方式, 可为医院生活热水用水末端提供稳定可靠的洗浴热水。但是只在冬季才有热电厂供应热水, 在夏季和过渡季节, 仅靠太阳能系统在阴雨天气仍不能满足医院对生活热水的需要。于是, 该院在夏季和过渡季节采用了太阳能热水系统为主、空气源热泵热水机组系统为辅的制热水方式, 减轻了热水制备对于日趋紧张的燃料供应的依赖和节能减排压力, 降低了热水制备的成本。
一、建筑概况
该院总建筑面积71219m2。主楼部分地上16层, 建筑面积为26151m2;地下1层, 建筑面积为1571m2;建筑高度为65.55m。裙房部分地上5层, 建筑面积为34751m2;地下1层, 建筑面积为8746m2;建筑高度22.75m。
主楼各层功能布置如下:地下一层为空调机房、水泵房、变配电室、库房 (丁戊类) 、高压配电室、太平间;一层为出入院办理、银行、商店、鲜花超市、值班室、消防控制室等;二层为静脉配置中心、病房药房、办公区等;三层为透析中心、办公区等;四层为ICU、净化机房等;五至十六层为标准护理单元 (48床) 。裙房主要为门诊医技部分。
二、热水系统概况
热水系统在冬季采用热媒换热系统为主、太阳能系统为辅的制热水方式, 热媒为热水, 接自热电厂的热力管网, 供水80℃, 回水50℃, 水-水板式换热器 (立式) 放置在地下室生活水泵房内。夏季和过渡季节采用太阳能系统为主、空气源热泵热水系统为辅的制热水方式。太阳能集热器、空气源热泵热水机组放置在主楼屋顶。室内洗浴热水系统竖向分为3个区:一区为十六层, 由水箱间内的变频机组供水;二区为十一层至十五层, 三区为五至十层, 二区、三区由热水箱重力供水, 热水箱放在屋顶水箱间内, 有效容积为32m3。
热水设计温度为55℃, 热水系统设计为干管、立管同程循环。病房洗浴热水为定时供水, 每次供水时间不小于2小时, 建议尽量在下午或晚上供水, 以充分发挥太阳能的作用。
该院选用3台BAH-4600C空气源热泵热水机组, 制热量为173.2k W, 制热水量为4.6t/h;选用两组M6-MFG水-水板式换热器 (立式) , 换热量为1585k W。
三、热水系统工作原理
系统工作原理如图1所示。
在冬季, 系统分三种运行工况——
工况一:太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。
工况二:热媒换热器单独工作 (只要条件具备, 太阳能热水系统即优先投入运行) 。冬季遇阴雨天气, 太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。
工况三:太阳能热水系统与热媒换热器联合工作。
水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30分钟检测水箱温度一次, 如果比设定值低8℃, 热媒换热器系统循环泵自动启动, 同时停止太阳能系统循环泵, 待水温达到设定温度, 系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止热媒换热器系统, 启动太阳能系统;在光照条件下, 当集热器温度大于储水箱温度5℃时, 启动太阳能热水系统循环泵, 当集热器与储水箱水温温差小于2℃时, 太阳能热水系统循环泵停止工作。
夏季和过渡季节系统分三种运行工况——
工况一:太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。
工况二:空气源热泵热水机组单独工作 (只要条件具备, 太阳能热水系统即优先投入运行) 。遇阴雨天气, 太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。
工况三:太阳能热水系统与空气源热泵热水机组联合工作。
水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30分钟检测水箱温度一次, 比设定值低8℃, 空气源热泵热水机组自动启动, 同时停止太阳能热水系统循环泵, 待水温达到设定温度, 系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止空气源热泵热水机组系统, 启动太阳能热水系统;在光照条件下, 当集热器温度大于储水箱温度5℃时, 启动太阳能热水系统循环泵;当集热器与储水箱水温温差小于2℃时, 太阳能热水系统循环泵停止工作。
当热水系统回水端温度≤50℃时启动热水系统循环泵, 当温度等于55℃时停泵, 定时供热水系统在设定的工作时间外不启动, 以节约能量。热水的制备以太阳能热水系统为主, 充分节约能源。
补水控制:当水箱水位低于最低水位时, 补水电磁阀开启, 向水箱补水;当水位达到高水位时, 补水电磁阀关闭, 停止补水。
四、经济性比较
以每吨水从15℃加热到55℃需167200k J热量为例, 电价取1元/度, 对各种热水加热设备的运行成本进行对比, 如图2所示。
图中数据显示出空气源热泵热水机组的运行具有明显的经济性。另外, 在夏季和过渡季节, 太阳能热水系统和空气源热泵热水机组的运行效率均比较高;在冬季, 当太阳能热水系统不能满足使用要求时, 有热电厂的热水做热源, 使得热水系统能够稳定可靠运行。虽然在初期热水设备的投资较大, 但能够节约热水系统常规的能源消耗, 从而带来可观的经济和环境效益。
五、结束语
太阳能热水系统已广泛应用于医院建筑洗浴热水供应, 其组合热源的选择根据院区可利用资源的情况不同有多种形式。将太阳能系统与能效比较高的热源结合起来, 有利于保证热水系统稳定可靠地运行, 满足医院洗浴热水的需求, 充分节约能源, 保护环境。
参考文献
太阳能热水系统应用 篇9
我国是一个能源消耗大国, 每年的煤炭、石油消耗量都居世界前列。人们越来越清楚地认识到, 能源对于经济发展、城市建设的重要性。而在环境保护呼声越来越高的今天, 人们对太阳能的认识也逐渐增强;另方面, 大面积安装使用太阳能集热板, 为建筑物隔热, 较好地降低了建筑物顶层室温, 改善了居住条件。医院的热水需用量是比较大的, 充分利用医院建筑物所处地理位置, 地势广阔, 阳光普照, 有充足的阳光资源, 辅以热水储水设备, 保证了夜间用水;采取保温措施, 减少热水供应过程中能量损失, 为阴雨天气及夜间使用热水突增时, 保证热水的供应。
1 工程概况
江西省某医院综合住院大楼建筑面积4.38万m2、建筑高度65.3m, 楼层19层。其中地下2层、地上17层, 地势较为开阔, 周边楼层高度均小于10层, 阳光普照, 有充足的阳光资源, 有利于太阳能的应用。作为医院, 由于大部分使用者都是病人, 对于热水的使用要求, 比健康人群更高。所以, 在医院区如何实现安全供水, 保证水温的稳定尤为重要。医院住院大楼设计, 采用间接式太阳能加热方式, 配备燃油锅炉作为辅助加热源, 并设置热水储水罐供应热水系统。
2 太阳能供热系统原理
太阳能热水作为一次性热源, 对冷水进行预热。经过预热的热水先进入储热水箱, 如能满足使用要求, 则直接供应到用户。如达不到供水水温, 则经过预热的热水, 由辅助热源与蒸汽换热加热至设定温度, 再提供给用户。这样即避免了太阳能热水的水量水温不稳定, 给使用者造成不便, 也解决了冷水和热水系统不同源, 所造成的系统压力不平衡问题。配套智能化的控制系统, 利用储热水箱出水温度控制阀的启闭, 与锅炉的运行状况实现联动, 确保合理使用辅助热源。热水储水罐, 储备一定量的热水, 保证夜间热水的供应。
3 工程施工工艺
3.1 工艺流程
安装准备→支座架安装→太阳能集热器设备组装→配水管路安装→管路系统试压→管路系统冲洗或吹洗→温控仪表安装→保温→系统调试运行。
3.2 工程安装准备
根据设计要求, 对太阳能热水设备、零配件, 所需管材、配件进行质量核对, 并检查所有材料设备是否齐全。
3.3 太阳能设备支座架安装
(1) 集热系统的基础部分, 按图纸所规定尺寸摆放, 排列整齐, 准确到位。角钢基础表面的水平误差控制在20mm以内, 角钢做到坚固可靠、表面光滑, 角钢基础底部应与楼面可靠接触, 并做好防水。
(2) 根据现场条件, 对支架采取合理的防风措施, 且与建筑物牢靠固定。
(3) 安装支架时, 丝扣应高出螺母1~1.5扣的高度。
3.4 太阳能集热器设备组装
集热器吸热面的摆放应朝南, 偏东不大于10°, 偏西不大于15°。热水系统的基础槽钢制作, 要做到前后平行、整齐美观, 系统整体水平误差不大于5mm, 槽钢与预埋件的焊接要牢固可靠, 焊缝整齐圆滑, 垫铁要垫实、并焊接牢固。联集器的固定, 要整齐、美观;联集器做到横平、竖直, 系统连接牢固可靠, 严密无泄漏, 无扭曲变形, 便于拆卸和更换, 抗风能力强;屋面避雷网与系统相连, 并在热水器或热水系统最高处设置避雷针。集热器排列符合坡度要求, 做到整齐美观、稳固可靠;结构焊接牢固, 焊缝整齐圆滑;保温严实牢固, 油漆均匀美观。太阳能集热板的安装位置避开建筑物的阴影, 保证充分的日照强度;尽量避开风口, 以减少热损失。并在屋面设置贮热水箱、燃油锅炉与太阳能集热板配合使用。贮热水箱安装要保证正常循环, 上循环管接至水箱上部, 比水箱顶低200mm左右, 保证正常循环时淹没在水面以下, 并使浮球阀安装后工作正常;下循环管接自水箱下部, 为防止水箱沉积物进入集热器, 出水口宜高出水箱底50mm以上;热水从水箱上部流出, 接管高度比上循环管进口低50~100mm。为保证水箱内的水能全部使用, 应从水箱底部接出管与上部热水管并联。集热器连接完毕, 应全部进行检漏试验。
3.5 配水管路安装
管道要按图纸合理配置, 管道要平直、美观, 不得有明显弯曲。冷、热水管水平安装时, 热水管应安装在冷水管的上方;冷、热水管垂直安装时, 热水管应安装在冷水管的左侧;冷、热水管应隔离。热水管道穿过墙体或楼面时, 应用大于该管的镀锌管做护套管, 其外露长度为10cm, 安装后护套管两侧应用水泥密封, 防止漏水。管道固定要求牢固、美观, 前后支撑架间不得超过3.2m, 支撑点应置于裸管上, 下部要有底座支撑。管道按图纸设计位置安装阀门, 阀门安装应便于维修。阀门手柄要端正, 不得倾斜, 要保证操作灵活、方便。所有止回阀必须水平安装在管道上, 且流向正确。所有接头都不能有渗漏现象。管道安装都应平直, 不得有超出规范规定以外的倾斜、弯曲等现象。
3.6 管路系统试压
管道安装完毕后应进行试水, 并冲洗管道杂物以防堵塞。在未做保温前, 进行水压试验。其试验压力值应为管道系统工作压力的1.5倍。根据设计要求, 本工程试验压力为1.5MPa。系统在试验压力下10min, 压力降为0.01MPa符合设计要求。然后将试验压力降至工作压力1.0MPa进行检查, 达到不渗不漏为合格。系统试压完毕后, 应做管道冲洗或吹洗工作, 直至将污物冲净为止。
3.7 温控仪表安装
根据设计图纸, 在回水管、热水储水罐、屋面水箱、集热板上设置温度显示仪或温度计。安装应牢固、美观, 能将该信息, 通过自动控制室传递到管道泵上。
3.8 管道保温
工程热水管、回水管、循环管及热水储水罐, 采用橡塑材料保温, 粘贴施工法。粘结剂的性能应与橡塑保温材料相符, 有相当强的粘结性。粘接应牢固, 坡口处应用密封胶带密封。水箱及屋面外露管道, 采用双层泡沫材料保温, 外保护层采用0.3mm铝合金板;内层泡沫保温材料采用粘胶带, 安装牢固。外层铝合金板, 采用包装钢带捆扎牢固, 施工应由内至外, 安装牢固、美观。管道保温材料, 经检验合格后方可使用。阀门及法兰处的保温, 保温层结构应易于拆装。
3.9 系统调试运行
太阳能系统交工前, 应进行调试运行。系统调试应选择与设计相近的负荷和天气条件进行。调试时先进行单机调试, 确保水泵、电磁阀、温度计、压力表, 水位计、流量计及自动控制设备、监控显示设备、辅助热源等工作正常;联合调试, 应先使各支路水量平衡, 再调试辅助热源与太阳能集热系统加热能力的匹配。系统联合调试后, 应能正常运行72h, 设备及主要部件的联动必须协调, 动作正常, 无异常现象。该医院综合住院大楼太阳能热水系统调试, 一次性通过验收。
4 太阳能热水系统的节能效益
本工程太阳能热水系统节能效益, 可从太阳能热水系统工程施工节能费用和太阳能环保效益两方面进行评估。
4.1 工程施工对节能、供用热水采取的措施
(1) 将热水系统按不同需求功能, 分两个供热子系统。对手术室、洗婴房、妇产科、重要病房对卫生热水要求较高, 需24h供给, 其热水供应相对集中, 将其单独设立一个子系统, 将系统设置为24h供给;将普通病房及对热水供给要求一般的, 其热水供应量大, 对热水供应要求不是特别高, 可定时提供热水, 将其设立为另一子系统, 将系统设置为一定时段供应热水。这样既可满足医院对热水供给要求, 又减少燃油锅炉运行时间, 降低运行成本。
(2) 由于夜间热水需求量大, 太阳能无法及时进行加热, 要求在各系统中设置热水储水罐。结合屋面热水水箱及集热板, 储存足够量的热水, 保证夜间及阴雨天气一定时段的热水供应。这样虽增加了一定的成本投资, 但减少的运行费用也是相当可观的。
(3) 本工程热水系统管材均采用铜管, 热传导性好, 热量易损耗。因此, 保温处理措施尤为重要。保温安装应牢固、严密、整齐、美观, 橡塑保温材料坡口应整齐, 接口粘接应严密, 坡口处应用密封胶带密封;管道支架采用木垫支架, 隔绝铜管道与钢制支架直接接触, 形成热传导损耗热能, 木垫与橡塑保温材料应胶连紧密, 不得有缝隙。
(4) 为保证正常供水温度及减少燃油锅炉运行, 要求屋面热水水箱出水管、储水罐、回水管上设置温度显示仪, 并将收集到的信息传达到自动控制中心。屋面热水水箱, 控制一定的温度出水, 如低于该温度不得出水;储水罐及回水管上设置温度显示仪, 将水温的变化情况传达到自动控制中心, 自动控制中心根据已设定的程序;在温度不能满足要求情况下, 启动管道泵或已有的压力差, 将不足温度的水抽送至屋面太阳能加热系统, 继续加热。这既节省水资源, 又减少燃油锅炉运行, 节约了运行成本。
浅析钢-混凝土组合结构
在高层建筑中的应用与发展
林耀
(福州市建筑工程质量监督站, 福建福州350001)
摘要文章以钢-混凝土组合结构建筑的发展背景, 简述了钢-混凝土组合结构的概念和特点, 指出钢-混凝土组合结构, 因结合钢结构和混凝土特点应用, 而具备优良的性能。分析该结构体系在当前高层建筑中的发展状况, 并对钢-混凝土组合结构的发展作出前景展望。
关键词钢-混凝土组合结构;高层建筑;应用;发展
0引言
自20世纪50年代开始发展以来, 我国高层建筑结构形式, 以钢筋混凝土结构居多。至80年代, 高层建筑迅速发展, 建筑形式和建筑功能, 越来越趋向于多样化, 传统的钢筋混凝土结构形式, 已经无法满足高层建筑设计和使用的要求, 于是新式的钢筋-混凝土组合结构形式, 得到了越来越多的使用。
1钢-混凝土组合结构的概念和类型
钢-混凝土组合结构, 是一种由钢部件和混凝土或钢筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种结构。钢-混凝土组合结构兼具钢结构和钢筋混凝土结构的特点, 既具有钢结构抗拉性能好的优点, 同时又具备混凝土良好的抗压性能。20世纪80年代以来, 钢-混凝土组合结构, 已经在我国高层建筑结构中, 取得了越来越广泛的应用, 并逐渐成为在混凝土结构、砌体结构、木结构和钢结构之外的第五大结构[1]。
钢-混凝土组合结构的类型主要有组合梁、组合板、
4.2 太阳能系统环保效益
太阳能系统的环保效益, 主要体现在因节省常规能源, 而减少的二氧化碳排放量。在污染日益严重的工业化的今天, 二氧化碳的减排, 对环境保护和可持续发展, 起到了不可估量的作用。
5 结语
江西省某医院综合住院大楼太阳能系统安装完毕, 经调试合格交付使用。该供热系统经一段时间运行, 供热性能良好, 管理方便, 且经济实用。事实证明太阳能是一种节能环保的自然资源, 其取之不尽用之不竭, 对环境几乎没组合桁架和组合柱四类。
(1) 组合梁, 是由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组成的结构类型, 由上端钢筋混凝土板承受压力, 下端钢梁承受拉力, 中间由连接件将钢筋混凝土板和钢梁连接为整体。连接形式基本包括使用钢筋的柔性连接和使用角钢的刚性连接。作为型钢和混凝土的组合结构, 组合梁在减少用钢量、降低造价的同时, 仍然具备延性好、刚度大、抗疲劳性能好等优点。
(2) 组合板, 是在压型钢板上灌注混凝土板形成的结构类型。组合板在荷载施加初期, 由压型钢板承受荷载;当达到混凝土设计强度时, 则由组合板承受荷载。压型钢板能够承受板底拉力, 同时与混凝土共同承受剪力;除了可以承受荷载之外, 在施工时压型钢板还可以作为模版。
(3) 组合桁架, 是在钢桁架上浇筑钢筋混凝土板而形成的结构类型。具备节省材料、承载力大、刚度好的优势, 相比普通的混凝土结构, 具有更好的稳定性和抗震性能。在施工过程中也更加方便, 既能很好的满足建筑结构的技
有污染。该工程采用适当的技术措施, 充分利用了太阳能, 减少了不可再生资源的消耗, 节约运行成本。因此, 该工程项目的成功, 获得相当可观的经济效益与社会效益, 是件利国利民的大好事。该太阳能开发项目工程, 值得大力发展与广泛推广应用。
参考文献
【1】GB50015-2003, 建筑给水排水设计规范
太阳能热水系统应用 篇10
藏木水电站建设管理营地建筑面积约为2.38万m2, 项目所在地传统能源匮乏, 电力供应不稳定, 但当地太阳能资源相当丰富, 年日照在3 000 h以上, 连续阴雨天气不超过3 d。
在全球能源日益紧缺的今天, 为响应国家节能减排的政策, 并充分利用当地丰富的太阳能资源, 切实降低对当地传统电力系统的压力, 拟实施太阳能系统结合电锅炉辅助加热方案, 提供采暖及生活热水。
2 系统概况
2.1 系统组成
本系统包括集热系统、蓄热系统、辅助热源系统、防过热系统、采暖热水和生活热水主管路、控制系统。
2.1.1 太阳能集热系统
热源以太阳能集热系统为主热源。在营地办公楼、接待中心、食堂及5-11#宿舍建筑屋顶设置太阳能热管集热器, 吸收太阳辐射热量, 产生热水。经复核, 营地采暖、生活热水及游泳池每天耗热总量为2.95×1010J, 共设2 471.96 m2的热管型集热器。
2.1.2 蓄热系统
每日总耗热量为2.95×1010J (容积按存储营地各建筑1 d耗热量) , 蓄热水箱的水温设置为65 ℃, 最低供水温度为40 ℃, 因此, 蓄热水箱有效容积为:
V=2.95×1010J ÷4.187 kJ/kg·℃÷1 000 kg/ m3÷ (65-40) ℃=282 m3
2.1.3 辅助热源
为弥补蓄热水箱蓄热量不足, 保证系统的稳定性, 辅助热源需满足业主营地各建筑1 d的热量需求。采用电锅炉的方式来加热采暖循环水以保障在阴雨雪天气或者设备检修等特殊时期供应热水的热量需求, 启动电锅炉来保证整个系统的运行稳定性。
控制系统设置:若当蓄热水箱水温低于40℃时, 启动电锅炉, 由电锅炉提供热量为营地各建筑提供热量。
根据营地的热量消耗情况, 电锅炉的加热功率最小值要能保证建筑营地一天内的热量需求, 电锅炉总容量700 kW。
2.1.4 防过热系统
除冬季外, 春、秋、夏3季, 营地只有生活热水及泳池补热等供热需求, 无采暖需求, 此时太阳能集热系统内的热量富裕。为防止太阳能集热系统内的水温过高, 造成系统的损坏, 设置空气散热器防过热系统。蓄热水箱的水温上限设为70 ℃, 当水温超过上限值时, 启动防过热系统和相应循环水泵, 将多余热量排放到周围环境中, 保证太阳能系统的安全性。
该地区春、秋、夏3季日太阳辐射量最大值出现在5月份, 为23.79 MJ/ (m2·d) , 系统的集热器总面积为2 471.96 m2, 则太阳能集热器每天的得热量为:
Q1=2.449×1010J, 营地各建筑生活热水及泳池每天耗热量为:
Q2=0.88×1010J
则太阳能集热系统每天的过热量为:
Q=Q1-Q2=1.569×1010J
过热季节太阳辐照时间按9 h (参照5月数据) 计算, 散热系统每天工作最多8 h, 则防过热系统工作功率为:P=Q/t=1.569×1010/ (8×3 600) =544.79 kW, 考虑安全系数及环境温度对散热效果的影响, 防过热按580 kW散热量取值。
2.1.5 控制系统
控制系统采用远程监控技术便于远程管理, PLC型控制柜安装于主蓄能设备间, 通过RS485总线串联到工控计算机上, 实现中心控制及调整运行, 并可实现远程监控功能, 运行数据短信形式的定点发送。
3 系统运行原理
为了能够使整套系统安全稳定地运行, 选用为此系统专业设计的PLC控制系统 (见图1) , 由此控制系统来完成整个系统的自动化运行。
4 运行效果
通过使用情况观察了解, 在冬季供暖期间, 办公室、宿舍内温度基本在20 ℃左右, 室外最低零下10 ℃, 采暖效果较好, 系统自动化程度较高, 运行较为稳定, 效果良好。
5 工程成本分析
太阳能系统以集热太阳能为主热源, 能较好地节约运行成本。
1) 电锅炉方案需设置2台350 kW的电锅炉, 按照冬季供暖4个月计算。
2台电锅炉全部投入使用, 每天耗电度数为:
2×350 kW×24=16 800°, 4个月共耗电度数为:
16 800×4×30= (2.016×106) °
其他3季8个月无采暖要求, 只需考虑24 h生活热水及泳池热水, 计算该3个季节只需投入1台电锅炉即可, 则该3个季节共耗电度数为:
1×350×24×8×30= (2.016×106) °
按照电价0.7元/度来计算, 一年运行成本为:
2×2.016×106×0.7=282万元
2) 采用太阳能系统加以电锅炉辅助方案。
由于太阳能系统中控制系统为120 kW, 平均每天按照30 kW计, 一年中耗电度数为:365×24×30= (2.628×105) °
另考虑一年中阴雨雪天气, 假设2台电锅炉1年投入时间按照60 d来计算, 则耗电度数为:
60×24×2×350= (1.08×104) °
按照电价0.7元/°来计算, 一年运行成本为:
1.08×104×0.7=70.6万元
太阳能系统一年运行成本大概节约投资:
282-70.6=211.4万元
6 结语
太阳能热水系统应用 篇11
关键词：高层住宅;太阳能;热水系统;运用实例
前言
国家为控制建筑能耗，在住宅建设中强制推行太阳能热水系统已成为建筑领域节能减排的一个重要手段。近年来，太阳能热水系统的运用日趋广泛，太阳能热水系统技术及工艺也日趋成熟，“建筑一体化”设计理念日趋完善，但同时也暴露出来不少问题。本文意在结合南京市丁家庄保障房项目02地块的7栋33层住宅楼近3000套住宅阳台挂壁太阳能热水系统运用实例，对系统的选型和建筑一体化设计进行分析和总结。
一、太阳能热水系统运用中当前存在的主要问题
1、现行的配套法规还有待完善。
虽然太阳能热水系统在民用建筑中推运使用已成为各地政府的强制要求，但相应的许可和技术性法规还处于相对滞后的状态。以江苏为例，集约用地原则下的住宅大都为高层建筑，而现行的《江苏省建筑节能管理办法》仅规定十二层以下住宅应当按照规定统一设计、安装太阳能热水器，高层建筑适配太阳能热水系统的产品质量规范、设计和施工规范也同样空白，导致目前质量技术监督部门、建筑设计单位、建筑工程质量监督部门在高层住宅的太阳能热水系统推行运用和监督验收工作中尚处于无据可依的摸索状态。
丁家庄保障房项目02地块的太阳能热水系统是2011年的设计，为了解决相关规范缺失的问题，建设方在广泛调研的基础上组织技术监督、建筑安装质量监督、生产厂家及建筑给排水设计方面的专家对太阳能热水系统市场产品的可靠性、安装及使用中的安全性进行了充分研讨和论证，最终采用了阳台挂壁太阳能热水系统方案。
2、外部环境条件不利的矛盾突出。
2.1太阳能热水器集热效果要求每个晴天日照时间不得少于4小时，但实际规划设计中往往受区域内南侧相邻建筑的影响，低楼层集热器不同程度存在日照时间不足的问题，尤其冬季日照时间较短时更加突出。例如，根据日照分析，冬至日丁家庄保障房项目02地块达不到4小时日照时间的户数超过了30%。
2.2阳台挂壁式太阳能集热器是安装附着在阳台栏板外侧的，故集热器基本处于竖向垂直状态，阳光入射角度非常不理想，集热效果也会相对较差。
2.3遇雷电天气，当有侧击雷击打在高层住宅外墙上时，高空中的阳台挂壁太阳能热水系统易成为接闪器，易造成系统破坏和各类伤害事故的发生。
2.4如有高空抛物或晾晒等不良行为发生，遇到冰雹及大风等恶劣天气，以及产品自身质量、自然腐蚀等原因造成爆管、部件脱落，会衍生阳台挂壁太阳能热水系统使用过程中的坠物伤害事故。
3、阳台挂壁太阳能热水系统的自身缺陷非常明显。
3.1在目前设计中，阳台挂壁太阳能热水系统储水罐通常放置在相邻集热器较近的阳台侧壁墙上，储水罐至用户热水出水端口的连通管较长，需穿过室内厅（卧），热损失较大，且存在结露现象，而穿厅（卧）管道的渗漏隐患依然是个问题。此外，系统端口出热水前需要排放掉管路中的冷水，无法满足用户即时使用热水的要求，而且每次排放量相对较大，也不符合水资源集约的社会要求。
3.2集热器中吸热板的镀膜颜色、合金边框对建筑外立面的总体设计效果会有较大影响，系统集热器和储水罐的连接管路穿墙铺设以及管路的保温处理，也会对建筑外立面的整洁度造成一定的破坏。
二、阳台挂壁太阳能热水系统在高层住宅项目上的运用
1、首先要重视阳台挂壁太阳能热水系统的选型。
1.1受屋面面积以及长距离管道热损限制的影响，为降低运行能耗，提高系统可靠性，高层住宅应该优先采用分户式、自然循环的阳台挂壁式太阳能热水系统，并将系统中的集热器和储水罐分开放置，储水罐采用承压运行方式。
1.2集热器采用平板式，不宜采用传统的真空管，减少因爆管等原因产生的高空坠物安全隐患。平板集热器应选用铜质流道和导热管，吸热板选择性涂层可选用蓝膜，铝合金边框整体设计加工，管路整板焊接，集热器盖板为布纹钢化玻璃;平板集热器的质量控制关注点主要是吸热板的涂层和吸热体流道的板管焊接，直接关系到集热效果以及使用年限。
1.3阳台挂壁式太阳能热水系统应采用二次循环换热，即集热器与储水罐的热媒介质封闭系统循环和热媒介质与储水箱内水体的热交换循环。储水罐宜选用夹套式搪瓷储热水箱，并优选承压方式运行。夹套式搪瓷储热水箱的质量控制关注点主要是内胆漏水和腐蚀问题，会影响使用效果和使用安全。
1.4为满足阴雨天气以及日照不足工状下的热水供应需求，阳台挂壁式太阳能热水系统应配备电辅助加热功能，并设计防干烧、防过热以及漏电保护功能，防止系统损坏和人身伤害发生。
1.5高层住宅中日照时间常年不足的下部楼层不宜配置阳台挂壁式太阳能热水系统，丁家庄保障房项目02地块高层住宅的一至四层就改为通过配置空气源热泵热水系统来达到节能减耗的效果。
2、建筑“一体化”设计注意事项。
2.1规划设计中应通过合理的确定、优化建筑朝向和楼栋位置，最大限度地提高每栋建筑的太阳辐射强度，包括日照时间及相对应的辐射面范围。
2.2为防止金属支架日久腐蚀及物体坠落的安全隐患，阳台应采用现浇栏板，并在栏板外侧预留集热器安装平台。平台外挑尺寸应满足集热器倾斜放置时倾斜角为15°左右，集电器边框材料及颜色，平板防护玻璃色泽纳入建筑外立面效果设计范畴中。
2.3为了方便设备安装，阳台侧壁墙采用现浇薄墙，储水罐悬挂点设置预埋铁件，供电回路及供回水管路布设到位。为了便于检修维护，阀门的质量等级要高，阳台地漏需满足更换储水罐进出水阀时瞬时排空箱体的泄水排量要求。
2.4为了减小对外立面的影响，项目建设时应统一设计、集中配置阳台挂壁式太阳能热水系统，靠近阳台侧壁墙位置的阳台栏板以及储水罐冷热水管道路路径所涉墙体，需预留过墙孔，储水罐优先选用卧式型号。室内冷热水管道可沿天棚阴角布置，室内外均做保温处理，保温材料外表层宜选用硬质防护。
2.5集热器安装的辅助金属支架需就近接入接地环网，并在系统供电回路上加装浪涌保护器，以消除不良天气雷击破坏的安全隐患。
结语
太阳能热水系统应用 篇12
1大面积联体太阳能的特点
1) 适用范围。
大面积太阳能可广泛应用于宾馆、洗浴等热水供应场所及常规能源短缺等地区的大面积热水供应。
2) 特点。
大面积太阳能作为绿色能源, 取之不尽、用之不竭;既具有节能、安全、方便、卫生等特点, 又拥有“洁净、高效、环保之美誉”。采用大面积联体太阳能循环系统, 可以最大限度的减少热量损失;升温快, 热效高, 供水量大;模块设计, 任意组合, 安装维护方便;系统承压运行, 稳压可靠, 水箱可放置在任何位置, 随开随用。采用顶水或增压泵供热方式出水强劲有力;单个集热管意外损坏, 系统照常运行;抵御自然灾害、台风及冰雹袭击, 能耐受-50 ℃低温。采用太阳能与电热水器相结合的形式, 优先使用太阳能, 使太阳能热水器功能更为丰富;太阳能热水系统与建筑一体化的设计和安装, 集热器与屋面的完美结合, 克服了后置安装破坏建筑美观等问题。
2主要技术指标
1) 太阳能热水系统与各类常规能源锅炉经济效益对比见表1。
太阳能系统设备投资:300 000元。按每年有60 d阴雨天完全用其他能源辅助。
2) 太阳能热水系统与各类常规能源锅炉社会效益对比见表2。
太阳能热水系统与各类常规能源锅炉社会效益对比, 一个10 t的太阳能热水系统每年可减少CO2排放60 t;减少SO2排放0.6 t;减少NOx排放0.3 t;减少粉尘排放0.88 t。
3运行原理
1) 自动补水。
当保温水箱中的水位低于三水位时, 电磁阀打开进行补水, 当保温水箱中的水位达到四水位时关闭电磁阀, 停止补水, 满足全天24 h用水。
2) 集热温差循环。
集热器温度T1与集热水箱中的水温T2温差不小于5 ℃时, 循环泵启动, 将集热器中热水打进集热水箱中, 当两者温差不大于2 ℃时, 循环泵自动停止。
3) 辅助加热。
电加热:定时电热 (可设定00:00～23:59) , 在设定时间段内若恒温水箱中的水温低于设定温度5 ℃时, 辅助电加热对水箱中水进行加热, 达到设定温度时停止。
4) 防冻循环。
冬季当集热管路中温度低于5 ℃时, 系统控制循环泵开启进行循环, 将水箱内热水打进集热器;当管道温度升高至10 ℃时, 系统控制关闭循环泵, 以防止循环管路冻堵 (冬季使用) 。
5) 水箱间循环。
水箱间循环, 当水箱的水温低于集热水箱中的水温5 ℃时, 循环泵启动, 将集热水箱中的热水打进水箱中, 当两者温差不大于2 ℃时, 循环泵自动停止。
6) 防冻电热。
当水箱温度低于10 ℃时, 电加热打开, 达到15 ℃时, 电加热关闭。
7) 高温断续循环。
当集热器温度高于95 ℃, 且仅高于水箱温度2 ℃～10 ℃范围内时, 泵每循环10 min, 停20 min (防空晒炸管) 。
8) 定时定温管道循环。
在设定时段内 (1 d可设定3次) , 当管道中温度低于设定温度5 ℃时, 启动循环泵, 进行管道循环, 当管道中温度T4达到设定温度时, 关闭循环泵, 管道循环停止。所有室外管道在有效保温之内缠敷电伴热带, 防止管道冻堵。
4工程应用
1) 应用实例。
我公司承建的太行山大峡谷青龙峡大河宾馆工程中的热水系统成功的运用了该系统, 现已投入使用;我公司施工的长治高新区建设发展有限公司综合服务楼的热水循环系统成功运用该系统, 现已投入使用。
2) 施工工序。
熟悉设计图纸→设备及材料检验→测量定位及基座安装→设备安装→设备固定→管道敷设 (下料、连接) →管道固定→管道水压试验→系统调试及验收。
3) 应用效果。
经回访用户反映效果很好, 无噪声、节能、环保;根据用户需要提供热量, 没有出现过热或过冷现象。同时得到了建设单位、监理单位和社会各界的赞誉和认可。
5结语
随着城市建设对环保的要求越来越高和对能源的利用率, 以及某些城市限制使用锅炉等因素, 那么, 大面积联体太阳能采集热水系统在某些城市及边远山区的使用将会愈来愈多, 联体太阳能采集热水技术也将向着成熟和完善的方向继续发展。
摘要：介绍了大面积联体太阳能的特点和适用范围, 将太阳能热水系统与各类常规能源锅炉进行了经济效益和社会效益对比, 指出其明显优势, 阐述了该系统的运行原理, 并结合具体实例论证其应用效果, 以期推广大面积联体太阳能的普及和应用。