探讨小高层建筑太阳能集中热水系统设计论文
摘 要：文章首先对太阳能集中热水系统做简要的介绍，通过结合实际情况探讨小高层建筑物安装太阳能集中热水系统的特点，以及安装时需要引起注意的要点，最终尝试分析出太阳能集中热水系统的科学、经济实用性。
关键词：太阳能集中热水系统；特点；经济实用性
结合我国关于太阳能热水器的发展情况，前几年一直被关于中小型建筑物究竟能不能安装太阳能热水器的问题所困扰，主要原因是太阳能经销商将单台热水器定义为太阳能热水器的仅有的表现形式，此外受到安装环境和屋顶的安装面积所影响，在加上低楼层用户安装所使用的管道较长，考虑到水压等问题的影响，从而认为中低层建筑不适合安装太阳能热水器。文中结合北京某小区建筑物为例，对于小高层建筑物的太阳能集中热水系统的设计和安装中遇到的：太阳能系统防冻、预热；供水分区供冷、热水系统压力不均；供水网怎样合理利用水资源等问题进行深入的分析和探讨。希望可以为太阳能集中热水系统的设计、安装工作人员提供一些具有可行性的建议。
1 简述太阳能热水系统
由太阳能集热器、太阳能管网、辅助热源、供热管网、蓄热水箱和用户终端等多个部分组成的太阳能集中供热水系统，其主要的工作原理是太阳能集热器将太阳的热能通过供热管网传送到蓄热水箱里，在将这些热水通过热水管网输送到各个用户的家里以供日常使用。剩余多的热能量将存放在蓄热水箱内，以备不时之需。该供水形式的特点主要是集中化供热，能将太阳热能最大化合理利用，为整个建筑物的热水系统提供热量。此外，大部分西方科学家经过多方分析研究在结合国家的发展情况，总结出太阳能热水系统是一种稳定性较高、经济、安全的新型供热模式。
2 工程概况模拟
结合北京某小区的修建情况，着重要求建筑物必须设计太阳能热水系统，小区主要是由2栋小高层的（1#楼11层，2#楼10层）跃层式民用住宅楼以及5栋6层（3#、4#、5#、6#、7#）住宅楼构成。每栋楼都需要设置集中式太阳能热水系统。现以2#楼举例，对集中集热、分户供热系统的设计进行简要的分析。
太阳能储热水箱和太阳能集热器通过温差高低控制以及强制循环系统对冷水进行加热。预加热得到的制备热水通过热水变频增压供应热水设备，通过居民热水供应管道输送到各个居民户的冷热水燃气壁挂炉，由于壁挂炉内装置了调节温度差异的感温控制阀，当输送的水温达到了45℃及以上，热水就会通过壁挂炉的分流水阀向需要用水的用户提供热水，反之当水温低于45℃时，不够温度的热水就会通过通过壁挂炉内的辅助加热器对水温进行再次加热，直到温度足够45℃才会向用户供应热水，其中壁挂炉内加热器辅助加热的最佳温度要小于60℃。避免温度过高，此外，用户也可以自行判断设置分流阀上输送的水温判定值。
3 系统模拟设计
3.1 设计依据
小区2栋楼上下是一共10层，并无地下室设计。10层楼分为5个单元，一共可以住120户居民。预设每日消耗热能36.5KW；每日使用热水定额预计是14400L（生活热水预计每人使用40L，小区居民120户，按照每户正常的3口之家进行计算），太阳能系统内的集热器使用的是真空管道，集热面积预计总体为232m2。
3.2 系统控制设计
3.2.1 太阳能集中热水系统循环控制
（1）系统采用强制循环水泵，在输送水管道以及热水储存箱上的温差感应器上设定循环水泵，包括对温差高度、加热循环水系统的控制。当集热器的水温度高于储水箱预定温度时，温差控制器会自动启动循环水泵进行换热操作。当水箱水温和集热器中水温之间相差小于或等于3℃，循环水泵会自动关闭。这样周而复始的循环，促使储水箱的温度一直保持稳步升高的状态，已备居民使用。
（2）太阳能系统防冻、预热循环控制。一般情况下建议用户用热水终端自行辅助加热放出热水，考虑到后续管理问题较为复杂，建议不在水箱上安装辅助加热器。电加热功率 kWh=0.00116×水量 L×△T。
（3）供水管道。每天在使用热水前应进行定时设置，保证循环供水泵的管中水温可以和保温水箱来回循环。
3.2.2 控制变频加压水泵
楼层顶部的太阳能热水箱设定了变频加压供水设备专门针对生活热水进行加热，其加热控制要求：由压力传感器和压力开关控制对变频泵组的运行进行控制，其中将压力传感器设定在水泵输送水管道上，此外，压力传感器稳定值是0.15MPa，由生产厂家提供变频加压控制柜。
3.3 使用材料及储水箱保温设计
采用內筋嵌入式的衬塑钢管道设置热水输送管以及回水立管，卡环式的设计保障了安装便捷。输送热水管道采用的是PE-RT增强性的'S3.2聚乙烯管道，居民每户内均设置了热水供应管、储热水箱进行保温。
4 设计系统应注意的问题和解决方法
4.1 平衡冷热水压的控制
首要先进行水利值计算，尝试给供水给水的末端压力匹配热水变频加压设备参数，最大限度稳定压力源头两端平衡。最后在结合实际情况，系统分析生活用水的高区和低区，1-2层是由市政进行供水（0.16MPa），3-10层是由小区的变频调速加压设备进行供水，供水的选用方式是下行上给。将变频供水控制设备以及储热箱安装在楼层顶部，这样不但客户保障用水尾端的冷热水之间压力达到一个恒定值，还可以把入户的水压控制在一个安全、合理的范围之类，最终达到节约用水用电的目的。
4.2 系统管网内储存水量及合理化利用
首先可以把输送管网内的水温和储热箱水温通过强制循环的方式把水温差缩减到最小值。其次在水温差别较大时，可以尝试通过用户终端的燃气壁挂炉内的辅热设备对输送管网内的水温进行再次加热，这样既可以节约用水，同时也可以大大的缩减了能源的浪费。
5 结语
太阳能集中热水系统采用的形式多种多样，其适用范围较广且各有占优势。设计小高层建筑物的太阳能集中热水系统时，应充分结合用户的需求、当地的用水情况，多方面综合性考虑其多种因素。此外还要考虑到太阳能系统的节能性以及经济实用性，选择最合适的集热系统，经过多方核算以及考虑其安全因素等，设计调整出真正高效节能的太阳能集中热水系统，更好的服务社会做出应有的贡献。
参考文献
[1] 高强.西安住宅建筑太阳能集中热水系统应用研究[D].西安建筑科技大学，2013.
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