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太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用方案

2024-02-27 来源:华佗健康网
太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用方案 目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技 术得到长足的开展。家用太阳能热水器走进了千家万户。据 资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污 染、使用方便、经济效益明显等优点。浙江省年平均日照量 在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。但是太阳能热 水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后 各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零 落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住 户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙 把热水引下,在外墙凿洞进入室内。由于所采用的塑料管颜色 不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动, 极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百 孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。针对上述情况, 笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设 计内容之一,以防止上述情况的出现。本文是太阳能热水器集 一支装一只。先往集热管中灌水,套上装饰圈用肥皂溶液涂抹 集热管口部的外壁约10〜15cm长使之润滑。边旋转边缓慢

插入水箱孔内硅橡胶封水圈中,然后将集热管小心地旋转后 退,使集热管尾部退入尾座箱塑料托底部。

(3)选择好朝向,安装支架、主水箱和尾座,热水器支架四 个

脚应分别安装L型铁片,并用险埋好。调整好各部件位置, 并用抱箍带将水箱固定,防止大风将热水器掀翻而造成事故。

(4)安装时应注意不可把出气孔堵塞,否那么会因正压鼓坏 或

负压抽瘪损坏热水箱。

(5)安装副水箱的顺序是:将连接主副水箱的塑料管涂上 皂液,

经检修孔由副水箱内向外穿出,再插向主水箱上部对应 的孔内,同时套上环状保温垫,最后在安装并收紧副水箱的包 箍带后,将副水箱内的塑料管再次用力按一下,使之插到位防 止渗漏。

(6)太阳能热水器各支架与屋面避雷网可靠连接,以防雷⑺集

热系统的感温元件应安装在最后一块集热器的出 水处,而不要安装在回水管路上,否那么感温元件不能及时反映 热水器中的水温,造成系统集热效率下降。

6小结

该太阳能热水系统出水水质清洁卫生,住户入住后该热 水系统受到了好评。虽然太阳能热水器的初装费用较高,但一 次投资,多年受益,不必增加后续费用。但也存在阴雨天或日 照缺乏时无法使用的问题。笔者与厂家联系后解决方法是每 户增加辅助电加热器。该加热器采用热管导热技术和特殊的 高效水电隔离技术、独特的防干烧装置和可靠的漏电保护插 头,使得太阳能热水系统全天候供应热水成为可能。

1

供回水干管设于屋顶楼板下,坡度i=0.003,每根干管 末端设自动集气装置,焊接钢管DN>32mm时焊接, DNW32mm螺纹连接。采用翼柱760型铸铁散热器,明装落 地式安装,外表在除锈后刷防锈漆一遍,干后刷银粉两遍。

3、保温管道刷防锈漆两道,岩棉保温管壳。不保温管 道刷防

锈漆两遍,耐热色漆或银粉两遍。岩棉保温管壳密度 小,导

热系数小,适用温度范围广,施工简便,但刺人。

4、采暖系统安装完毕,保温之前应进行水压试验。试 验压力

为工作压力的1.5倍,但不小于0.6兆帕,试验时间 为2—3mino本系统应以顶点工作压力加0.2兆帕作水压试 验。同时在系统顶点的试验压力不得小于0.4兆帕。检验方 法:采暖系统在实验压力下十分钟内的压力降不得大于0.02 兆帕,降至工作压力后检查不渗不漏。

5、采暖系统安装竣工并经试压合格后,应对系统反复 注水,

排水,直至排出水中不含泥沙,铁屑等杂质。《工业 管道工程施工及验收规范》(GBJ235--82)中规定:水冲洗的 排放管应介入可靠的排水井或沟中,并保证排泄畅通和安 全。排放管的截面不应小于被冲洗管截面的60%。水冲洗应 以管内可能到达的最大流量或不小于1.5m/s的流速进行,水 冲洗应连续进行。当设计无规定时,那么以出口的水色和透明 度与入口处目测一致为合格。管道冲洗后应将水排尽,需要 用压缩空气吹干或采取其他保护措施。

6、阀门根据设计规范,阀门的设置应在满足使用和维修的条件

下,尽量减小。通常在套管分支线长度超过25m的分支处, 预留扩建处,装设阀门。DNN600mm的阀门应采用电动驱动 装置。工作压力N1.6兆帕,且DNN350mm的管道上的阀门 应安装旁

通阀,直径按闸阀直径的十分之一取用。

(1)闸阀只用于全开全闭的供热管道,不许做截流用。有 明杆

和暗杆之分,暗杆适用于非腐蚀性介质及安装操作位置 受到限制的地方。明杆适用于腐蚀性介质,安装操作位置不 受限制的地方及室内管道上。

(2)截止阀只用于全开全闭的供热管道,不许做截流用。

不做流量或压力调节用,常用于DN不大于200mm的管道 上。

(3)蝶阀用于全开全闭的供热管道,也可做截流用。

(4)调节阀用于全开全闭的供热管道,并具有良好的调节作用。

新疆哈密欧景苑小区住宅二 期由5号、7号、8号和9号4栋 6层砖混结构楼组成,采用欧式建 筑风格,南向檐口局部坡顶造型, 屋顶为平屋顶,外墙外保温,双玻塑钢窗,

为节能住宅建筑。 四栋楼合计1 3单元,每单元1 2户,小区二期共计1 5 6 户,基本户型4种,单户建筑面积分别为8 3 . 16m2,10

0. 2 1 m 2 , 110. 44m2 和 132. 4 4 m 2 , 总计建筑面积约1 . 6万m2。

小区冬季供暖采用低温热水地板辐射采暖,以低温热 水为热媒,通过埋设地板内的PEX管把地板加热,均匀地 向室内辐射热量,是一种对房间微气候进行调节的节能采暖 系统,具有热感舒适、热量均衡稳定、节能、免维修、方便 管理等特点。根据设计部门提供的设计文件资料,住宅采暖 设计室内温度为1 6℃-2

0℃,地板采暖供回水温度为4 5 ℃-3 5 ℃,采暖设计热负荷小于4 5 W/m 2 ,建筑耗热 量指标为2 1.3 W/m 2 o

小区各户以栋单元设置集中热供水管,集中供应生活 热水,分户热水表计量。设计6 生活热水指标为2 0 0 升/户•日。热供水管网设置立管回水循环,保证各层用户生 活用热水即开即热,节约热水资源,方便计量管理。

根据该工程建筑特点及采暖、热水功能要求,采用太 阳能集热复合低谷电辅助加热系统提供建筑采暖及生活热 水所需热源。复合系统依据栋单元设置太阳集热装置、保温 储热装置、辅助加热装置及自动控制装置。

设计计算及选型: 系统换热负荷计算:

根据该工程功能要求及相关设计规范标准,以小区8 号楼为例,计算生活热水换热负荷及采暖换热负荷。8号楼 每单元1 2户,共3单元,合计3 6户,每户建筑面积1 0 0 . 2 1m 2 ,合计建筑面积3 , 6 0 0 m 2 o生活热水负荷:8号楼36户每户60C生活热水2

0 0升 户•日,日均生活热水量合计7, 2 0 0升水,自来

水温度为1 0℃,那么日均生活热水负荷为7, 2 0 0 x(6 0-1

0)^860=41 9kWh

生活热水负荷由太阳集热系统完全提供,平均有效日 照时间按每天8小时计。

采暖换热负荷:8号楼3 6户每户建筑面积1 0 0 . 21 m2,合计建筑面积3, 6 0 0 m 2 ,采暖设计室内温度1 6 ℃-20℃,采暖设计热负荷4 5 W/m 2 ,建筑耗热量指标 2 1.3 W/m 2 ,那么采暖设计换热负荷为3 , 6 0 0 x4 5 - 1 , 0 0 0 = 1 6 2 k W,日均建筑耗热量为3,

6 0 Ox 2 1 . 3・ 1, 0 0 0 x 2 4 = 1, 8 4 0 kWh

采暖换热负荷由太阳集热系统局部提供,平均有效日 照时间按每天8小时计。

由上可知:采暖期8号楼3 6户日平均综合耗热量: 4 1 9

+ 1, 840 = 2,2 5 9 kWh,采暖设计热负荷:1 6 2 kW

按太阳集热系统完全提供采暖期生活热水 及采暖的日平均小时热负荷为2 , 259 -8 = 282kW,

按太阳集热系统局部提供采暖期采暖及完全提供生活热水 的日平均小时热负荷为(1, 84 0-24) + (4 1 9-8) =1 2 9 kW 按太阳集热系统完全提供非采暖期生活热 水的日平均小时热负荷为4 1 9-8 = 5

2 k Wo

太阳集热器选型:

本系统太阳集热器选用TMQRZ 5 8 18P/3. 0/ 5 8 * 1 8 0 0型热管真空管太阳集热器

TMQRZ5 8 1 8 P/ 3 . 0 / 5 8 / 1 8 0 0 型热管 真空管太阳

集热器工作原理:

TMQRZ热管真空管是金属芯玻璃真空集热管的一种 形式,

是继闷晒型、平板型、全玻璃真空管之后的新型太阳 能集热产品。

TMQRZ系列热管全玻璃真空管集热器是全 玻璃真空管集热器的

升级产品,集全玻璃真空管集热优势和 热管传热优势于一体,热管干插式连接,金属传热、承压运 行,全面解除全玻璃真空管集热器易冻裂、易炸管、易结垢、 易漏水等隐患。本产品性价比高,经济实用。

TMQRZ热管真空管太阳集热器由热管真空管、联集管、保

温盒、支架等局部组成。其工作原理见上图所示。太 阳光透过玻璃管,照射在真空管内管外壁的选择性吸收涂层 上,高吸收率的太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能 通过

内置导热铜带或蓄能导热砂传至热管,迅速将热管蒸发 端内的少量工质汽化,被汽化的工质上升到热管冷凝端,使 冷凝端快速升温,集热器联集管上的导热套管吸收冷凝端的 热量加热集管内流体。热管工质放出汽化潜热后,冷凝成液 体,在重力作用下流回热管蒸发端,再汽化再冷凝。热管真 空管集热器通过热管内少量工质的汽一液相变循环过程,连 续不断地吸收太阳辐射能为热水系统或采暖系统提供热源。

TMQRZ系列热管真空管结构示意图

纯平热管真空管太阳能集热器突破了普通集热器安装 角度的限制,可以水平安装于建筑屋面,在保证集热效率的 情况下更容易实现太阳能与建筑的结合,并且安装集热器所 占用的建筑空间更小。

1 .系统上水:系统采用自控上水,根据水箱温度及水箱 液位自

控定温上水,满水自锁防溢。

集热定温上水功能:在太阳能集热工作状态下,系统根 据水箱温度执行集热定温上水功能。

辅热定温上水功能:在电辅助加热工作状态下,系统根据 水箱温度执行辅热定温上水功能。

2 .温差循环设定太阳集热器与储热水箱温差值(启动 温差值

予设定8 C,停止温差值予设定2 ℃),系统到达启 动温差值,即太阳集热器比储热水箱温度高8 ℃以上时,启 动温差循环,系统到达停止温差值,即太阳集热器与储热水 箱温度差值为2C时,停止温差循环。系统通过温差循环控 制启动循环泵,对水箱中的水进行循环加热,充分利用太阳 能集热。

3 .辅助加热 系统电辅助加热需人工开启辅助加热电源 空气

开关。系统自动检测储热水箱温度:当储热水箱温度达 到设定加热控制温度下限值 予设值5 0。。,系统开始电 辅助加热;当储热水箱温度到达设定尤瓢“莆露壬舷拗担馔 枭柚担叮啊妫腼 低匙远 V沟给日 尤取。低车给日 尤茸钥胤肿蕖度掰BR>.恒温供水 系统检测热供水回水管路温度,当管路温 中供热系统在住宅小区的设计应用情况,缺乏处敬请同行指 正。

1工程概况

该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。前三期 未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热 水器而引起的邻里纠纷不断。四期建筑面积4.2万m2,都为6 层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。供水方式为小区消防生活 水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。水池集中设置在小区 绿化带内。结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的 重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做 法。决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工, 并同步交付使用。设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环 水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、 充分发挥设备功效。

2太阳能热水器的选型浙江省市场上太阳能热水器品牌繁多,

所以选型是整个

设计的关键。设计人员协同开发商本着如下原那么选型:①生产 度到达设定控制温度下限值予设值38C ,系统启动供 水管路循环泵,储热水箱内热水进入供水干管,通过回水管 回到储热水箱;当管路温度到达设定控制温度上限值予设 值4 2℃ ,系统自动停止供水管路循环泵,完成供水管路 恒温功能,保证各层用户用水即开即热。

5 .供暖循环 系统检测供暖二次水回水管路温度,当管 路温

度到达设定控制温度下限值予设值25C ,系统自 动启动供暖循环泵,当管路温度到达设定控制温度上限值 予设值3 5℃ ,系统自动停止供暖循环泵。

6 .定时控制 系统电辅助加热可分时段设定运行,此时 电辅助

加热电源空气开关应在开启状态。系统进入加热运行 时段后,自动执行电辅助加热及箱温上水功能。

7 .防冻保护为有效降低系统热损,屋面集热场及集热 循环管

路防冻利用停泵自动回流排空功能完成。系统集热场 及集热循环管路高于储热水箱设置,系统顶端设置自动排气 阀,当温差循环泵停止运行后,集热系统内的水全部回流入 储热水箱,实现系统排空防冻。

系统智能自控装置:

系统采用太阳能工程智能控制箱自控运行,全部控制元器 件采用标准工业元器件集成,操作简便,功能适用,运行稳 定,抗干扰性强。功能单元如下:

A、温度显示 水箱温度、集热温度、供水温度、供暖温 度

B、水位控制 根据水箱液位自控上水,满水自锁防溢,3档液

位显示

C、定温上水 系统根据水箱温度自控定温上水(集热定 温及

辅热定温)

D、温差循环设定太阳集热器与储热水箱温差值,温差 控制自

动循环集热

E、辅助加热 根据用户需要,通过水箱温度自控电辅助 加热

运行

F、管路恒温 根据管道温度自控供水管路恒温循环,保 证用

水即开即热

G、供暖循环 设定采暖回水干管温度值及采暖供回水干管温

差值,自控供暖循环

H、定时控制根据用户需要设定辅助加热工作时间段

系统循环管路及保温集热循环管路采用国标热镀锌管, 供水管路及供暖管路采用P P — R管。管路保温采用橡塑管 保温,厚度大于等于4 0 mm,外做保护层。

系统供水及供暖方式储热水箱高置,采用落水法取热 水,设立管回水循环,保证用户用水即开即热;供暖采用高 效板式换热器强制换热循环。

系统储热水箱根据热负荷计算结果,太阳集热系统设置 三个2.

5t园柱型储热水箱,内胆外壳采用食品级SUB 不锈钢板焊接,保

温层为8 0 mm厚聚氨酯整体发泡成型。

系统辅助加热装置 系统采用低谷电辅助加热,设计电辅 助加热功率为1 8 0 kW,电加热分组投入。电辅助加热采 用水箱内置电加热体形式。

系统集热装置布局依据现场条件,以栋单元为单位设立 子系统,标准TMQRZ型集热器摆放于栋单元建筑屋面, 集热管东西向水平放置,安装倾角为0。,集热器前后密排,集热器采用串并联连接方式,集热场隐于屋面女儿墙内侧,

抗风、避雷,不影响建筑外观,储热水箱设于楼梯间对应的屋面。

厂家应具有多年的生产经验、技术力量雄厚,有完善的售后服 务体制。②太阳能热水器贮水箱耐腐蚀、无毒、保温性能好、 外形美观。③要求产品热效高、强度大、质地轻、设备运行 可靠、故障少。④价格合理,以减少开发商的投资。

经多方比拟后,确定选用带卧式副水箱全自动型产品(坡 屋顶式)。该型号适用于坡屋顶,克服了现有技术各种太阳能 热水器重心高,在坡屋顶上安装困难等缺点,平安可靠、外形 平整,成片安装整齐美观。安装贮水箱位置由建筑专业做相应 处理。表1为该产品与浙江省家用太阳能热水器地方标准的 比拟情况,表2为该产品性能参数。

表1选定产品与省标比拟选定太阳能热水 工程浙江省标准器

聚胺脂发泡

保温聚胺脂发泡50mm40mm 热性能/%

45 51

水箱内胆/mm 0.50.5(3042B 不锈钢)0.40.8 承压耐压要求

2倍于热水器的0.05MPa空气检 /MPa漏

非承太耐压要求水压检漏 表2性能参数选定太阳能热水

工程浙江省标准器 保温 热性能/% 水箱内胆/mm

聚胺脂发泡50mm40mm

45 0.5

51 0.5 0.8

(3042B 不锈银|) 0.4

承压耐压要求

2倍于热水器的0.05MPa空气检 /MPa

非承太耐压要求水压检漏从表2中可以看出该产品具有以下优点:

(1)集热效率高。外外表采用选择性A1 一 N/A1吸收涂层,

该涂层对太阳能吸收率高达0.93以上,发射率V0.060内外管 间真空度V5xl0-3Pa,空晒温度可达250℃左右;夏季水温可 达90℃,冬季也能产生45℃以上热水。

(2)保温性能好。该水箱保温层由高效保温材料聚苯乙烯 与聚

胶脂发泡而成,保温性能是普通聚苯乙烯泡沫板的3倍, 能保温

48h以上。

(3)使用寿命长。产品外壳采用进口双涂彩板和不锈钢, 防腐

抗老化性能好。真空集热管采用特硬高砌硅玻璃制造, 能承受

0.6MPa压力和2.5cm冰雹,理论寿命为15年。

3全自动型工作原理

位于住宅单元底层的上水阀处于常开状态,自来水经上 水管及卧式副水箱中浮球阀自动上水,水满后浮球阀自动关 闭。在使用时,主水箱中的热水经热水管及各配水点流出,副 水箱中的水给主水箱补充,副水箱水面下降、浮球阅下降并自 动补水,主水箱在自动运行状态下总是充满水。副水箱的水是 通过一个混水装置补进主水箱的,可保证在使用热水时,主水 箱中的热水缓慢均匀降温,防止骤冷骤热现象的发生。而且当 自来水水压不稳时,只要夜间或其它时间自来水水压恢复正 常,一小段时间后冷水即通过副水箱的浮球阀自动补满。因进 水口在水平面之上,故再停水时水也不会倒流。

4设计过程集热采光面积确实定

太阳能热水器的采光面积与集热器的热性能、使用期间 的气象条件、用户所需的水量和水温等诸多因素有关。该住 宅小区设计热水量为120L/(人・d),在计算热水量时每户按4人 考虑。每一单元热水量V=120x4xl2=5760L。按每平方米集 热面积可产40C热水80L计算,那么一个单元需真空管集热面 积为72m2,选用12排ZT24 (1.5)型太阳能热水器。联接方式 为并联的集热器组并联,如图lo该系统具有自动补水功能, 无人值班,通过自动控制的水泵循环换热。即使单支集热管损 坏,整个系统照常运行。

4.1 循环系统

为防止管网内积存有冷水的情况,设计时采用循环泵强 制循环的方式,采用温度控制器控制泵的循环。室内管道设计 为串联式,以加大各支路水头损失,使得各支路循环阻力相对 平衡。循环水泵的扬程应足以克服管道阻力,流量取 2L/(min.m2)的集热面积。循环水泵采用单相式,安装位置设在 系统上部,因安装在室外,设计时采取安装防护罩的保护措 施。考虑到其电能的收费问题一直是房管部门及住户最伤脑 筋的事,既不能及时收取电费还影响

邻里关系,设计采用 CKJ-F3型楼宇公共用电均分器。该产品由固态双向晶闸管分 时输流导通,到达均分电能的目的,由于集成电路振荡器周期 误差近似零,均分器精度较高。安装时只须与单元各用户电表 相连,然后把负载输入端子与水泵相连即可。

4.2 热水管道布置及计量

在进行给排水设计时将室内热水管纳入住宅厨卫设计 中、合理布置。厨卫间太阳能热水管集中设于管道井中,热水 支管暗敷在墙内。因每户拥有两套卫生间及一套厨房用水点 分散;因楼面采用预制险板及厨卫局部楼面为现浇板,配水管 采用暗敷不可行,明敷那么影响美观。故采用每个卫生间和厨房 分设管道井。本工程在每户卫生间及厨房间分别设置冷、热 水远传式水表。

4.3 管材的选用及保温

因屋面热水管长期暴露在外,受太阳曝晒。阳光中的紫外 线加速管道老化,所以设计时选用了黑色的铝塑复合管,室内 热水管为桔红色热水型铝塑复合管。铝塑复合管导热系数远 小于铜管,

一般情况下总热损失小于铜管。这样相应减少循环 流量,降低运行本钱。屋面保温材料采用单面开口高发泡聚乙 烯管壳,厚度不小于15mm,保温材料包覆后,屋面热水管应外 缠两道宽度为100

〜120mm,厚度为0.22mm黑色聚氯乙烯薄 膜保温层,保护层外

表用1mm浸塑铁丝扎紧,间距为400〜 450mm o

4.4 太阳能集热器的安装方位集热器的最正确布置方位是 朝

向正南,允许向西偏离15。以内,否那么将影响热水器外表上 的太阳能辐射强度。

集热器倾角确实定,根据全年使用经验公式a=w+(50~l。。)

式中a-—集热器的倾角;W--当地纬度。

衢州市所处纬度为29。,得倾角为a =290 +80 =370

太阳能热水器前后排不挡光的最小距离可由下式计算:

S=(H/tgas) x cosys式中S----不挡光最小距离;

H--一集热器前面物体高度;a--太阳高度角;

ys—方位角,本设计该值取0。

本设计结合当地具体情况按相隔1.8m考虑。

5安装要点

(1)按照设计确定的集热器最正确布置方位安装不锈钢支 架、

主水箱和尾座。

(2)因玻璃真空集热管空晒会产生200℃左右的高温。如立即

上水将会使真空集热管炸裂。所以安装时应从纸箱中取

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