太阳能热水系统在高等学校中的应用

朱桂华　张晔

前言

随着经济的发展，人们的生活水平日益提高，学生对住宿的要求也相应提高。如今，能源危机使得节能减排成为首要目标，太阳能热水系统，是高等学校在后勤中普遍使用的方法。

作为清洁能源的一种，太阳能是安全、经济的，国内利用太阳能提供采暖和生活热水的技术日臻成熟，大幅减少了在热水系统中能源消耗，同时，也为高校中，许多的宿舍楼、生活区的新建和改建，提供了更为经济的技术方案。

1 当地太阳能资源

常州工程职业技术学院位于江苏省常州市，E119°57′，N31°41′，年属亚热带季风气候，气候温和湿润，四季分明；日照充足。冬夏较长，春秋较短。全年平均气温为15.7℃。年无霜期300d左右。全年平均日照1400～2200h，年辐射量419万～502万（kL/m2·a），具有丰富的太阳能资源，如表1所示常州地区气候和太阳能辐照资料。

集热板性能参数如下：集热板效率说明，根据太阳能产品质量检测中心检测，集热板瞬时效率截距为0.73；玻璃采用超白低铁钢化安全玻璃，厚度3.2mm，抗压强度为75kg/m2，透光性达91.3%；整板蓝钛吸热膜，采用蓝膜吸收率达0.95，发射率为0.104，吸收比为0.93；集热板采用岩棉保温，厚度45mm，玻璃盖板采用硅胶密封抗老化防水（确保高温和集热板同寿命）；防雷：集热板阵列在分布的区域安装避雷针阵列，与建筑物的避雷系统焊接，确保电阻小于1Ω。

4.2 燃气热水机组

4.3 储热水箱

系统中配置10t水箱8只，储热水箱均采用不锈钢，内板为SUS304-2B，厚度2.0mm，底板为1.5mm，内顶板为1.0mm；外板为SUS202厚度0.8mm。采用聚胺脂发泡保温，保温厚度为50mm。

4.4 水泵

水泵为德国“威乐”系列水泵，性能稳定；先进的结构设计，效率高；采用高效叶轮，噪声更小；设定温度自动启停，具有过载、缺相、短路、漏电等故障保护，故障自动切断电源并报警。采用高级密封件，不漏水、寿命长，有良好的使用性能。

4.5 避雷装置

太阳能热水系统的避雷装置与建筑避雷系统连成一体。

5 系统功能

3#学生宿舍有A楼和B楼，根据学校实际能耗情况，天然气流速不能完全满足1600人满负荷使用，因此，需要最大化利用太阳能集热系统的前提下，采用A楼和B楼各独立一套系统，太阳能系统和水箱换热采用板式换热器换热。

5.1 系统配置

A楼设计热水用量30t，配置3台10t水箱、集热器（2000mm×1000mm×80mm）208块、10台燃气热水器，出水管径DN65，出水量22.9m?/h。

B楼设计热水用量为50t，配置5台10t水箱、集热器（2000mm×1000mm×80mm）392块、20台燃气热水器，出水管径DN80，出水量35m?/h。

5.2 系统运行

根据学校实际使用情况，采用定时供应生活用热水。

本系统使用间接循环，利用板式换热器，将太阳能集热板采集的热量传递至储热水箱中，循环加热，提高生活用水温度。

太阳能系统利用板式换热器间接加热，通过水箱底部的感温探头及太阳能板的感温探头进行系统自动识别，采用温差循环，当平板集热器与太阳能水箱温差大于设定“温度上限8℃”时，集热循环泵启动循环；集热器与太阳能加热水箱温差小于“温度下限 4℃”时，停止循环，如此往复，逐步将水箱温度提升到设定温度。

太阳能循环系统先对1#10t水箱集中加热，当水箱温度，达到设定温度55℃时，停止对1#水箱加热；开始对2#10t水箱加热，当水箱温度达到设定温度55℃时，停止对2#水箱加热；继续对下一个水箱加热。如在14：00（可设置时间）1#水箱温度不能到达设定温度55℃时，10台燃气锅炉同时对该水箱进行辅助加热。完成1#水箱加热后，再切换到2#水箱加热，2#水箱完成后，对3#水箱加热，以此类推。可以根据学生的实际使用情况，调整加热时间，以确保在供应学生集中使用热水之前至少有一箱热水可供使用。用水顺序从1#、2#、3#等依次使用，这样，在用水时间节点前，系统尽量采用太阳能系统，确保太阳能系统的最大化利用。在连续阴雨天时，确保1号水箱热水，在使用1#水箱时，系统同时对2#水箱进行加热，在使用2#水箱时，同时对3#水箱加热，这样可避免热水用尽、学生等热水的情况。

燃气辅助部分进水安装在水箱的中部，出水安装在水箱底部，当冬天或阴雨天太阳能不起作用的情况下，10t水按15℃上升到55℃计算，10台燃气炉为一组，同时集中对一台水箱加热，需要66min，这样在用水时间点前，预计学生对热水的需求量，提前1～3h开始对水箱进行辅助加热，确保使用时有1～2箱热水。

6 经济效益分析

7 結语

本文研究了太阳能热水技术在常州工程职业技术学院的校园建设中的应用，并对其在应用过程中的经济效益进行了计算。太阳能热水技术的应用，降低了能源消耗量，提高了学生生活质量，为未来校园建设采用太阳能技术提供科学的理论依据。

参考文献

[1] GB50364—2005.民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[s].

[2] 郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2005.

作者简介：朱桂华（1964-），男，江苏靖江人，常州工程职业技术学院后勤处讲师、工程师，学士。研究方向：材料和新能源；张晔（1983-），女，江苏南通人，常州燕润能源科技有限公司，硕士。