高层建筑集中集热分户供热式太阳能系统应用实例分析

摘 要：对高层建筑集中集热分户供热水太阳能系统应用实例分析，总结其实际使用的优缺点及应用注意事项。

关键词：高层建筑；集中集热分户供热；分户循环控制；开式系统；换热式

随着社会的发展，能源的开发，能源紧缺日益凸显。石油、煤炭等非可再生能源供给不但日益紧张，且带来的环境污染问题也不容小觑。建筑领域对节能降耗，可再生能源的利用也日益重视，许多新建建筑在设计阶段就已进行太阳能建筑一体化设计，全国已有北京、深圳、江苏、山东等多个地市对12层以下的新建住宅建筑强制要求安装太阳能系统。

对民用高层建筑来言，集中集热分户供热式太阳能系统越来越受到设计单位及建筑单位的青睐。其有以下优点：（1）运行方式合理。相比集中集热直接供热水式太阳能系统，电加热棒不再设置在大水箱内，而是设置在分户水箱中由住户各自管理，避免了直供系统不论用水量大小变化而加热水量都是满水箱水量造成的电量浪费。每户各自收取电加热费，取费合理。（2）占用楼顶空间小。集热板集中设置；采用分户水箱，因此楼顶大水箱也相应减小容积，特别适合楼顶安装面积有限的小高层及高层建筑。（3）系统集成程度较高，便于物业管理维护。安装整齐美观，与建筑一体化程度高。

目前集中集热分户供热式太阳能系统常用的有三种模式：（1）集中分户换热-设置集热缓冲水箱式。（2）集中分户换热-户内水箱储热式。（3）集中集热储热-分户加热供水式。

三种供水模式各有特点，其中第一种模式具有开式系统，同程连接，分户换热控制的特点。其原理设计合理，较多为设计单位采用。

其系统原理图如下：

原理特点：（1）支管换热循环：若用户储水箱中的水温Ta高于主管道水温Ta+1，分户电磁阀关闭，不参与系统换热，若用户储水箱中的水温Ta低于主管道水温Ta+1 5℃时（可调），分户电磁阀打开，参与系统换热。（2）短路循环：若楼内主管远端温度T4≤设定温度时，打开远端短路电磁阀DCF2，循环主管至设定温度停止。防止远端主管温度Ta+1降低使远端用户无法参与换热，至T4达到设定温度（45℃）关闭电磁阀。（3）辅助加热：分户水箱经过换热后仍达不到洗浴温度，则启动分户水箱内电加热，达到设定温度停止加热。（4）选用承压式户内水箱，内置换热盘管，顶水式用水。

运行模式特点及优缺点说明：系统在楼顶设置集热缓冲水箱，热量通过太阳能系统收集在集热缓冲水箱中，再通过管路循环交换储存在户内水箱中，楼顶太阳能系统非承压运行，管路循环及户内水箱承压式运行，以水作为集热及换热循环介质，设置分户换热控制。

优点：（1）换热式运行，便于物业管理（电费每户各自计量）。（2）以水作为循环换热介质，运行成本低（补液费用可忽略）。（3）设置有分户换热控制电磁阀，当户内水箱温度高于换热管路温度时，户内电磁阀关闭，户内水箱不参与换热，用户自己加热水后不会因换热循环导致水温下降，控制合理。（此功能配合主管短路循环使用。）

缺点：（1）系统复杂。（2）室内换热循环开启时间长，很大一部分热量浪费在室内管路换热循环上，管路及储水箱热损失率ηcd（含室内）达到0.5。

应用实例：

山东省济宁市梁山县某小区高层民用建筑楼高17层，每单元1梯2户，在每单元楼顶安装集中分户换热-设置集热缓冲水箱式太阳能系统。

（1）室内水箱的换热估算：

式中：F-换热面积，m2；K-传热系数，容积换热器380～410，W/（m2·℃）；ε-结垢影响系数，0.6～0.8；Cr-集热系统的热损失系数， 1.1～1.2；Δtj-计算温差，℃。QZ-盘管换热量，w。

水加热器热媒与被加热水的计算温度差按下列公式计算：

容积式水加热器、导流型容积式水加热器、半容积式水加热器：

式中：△tj-计算温度差，℃；tmc、tmz-热媒的初温和终温，℃；tc、tz-被加热介质的初温和终温，℃；

设计热媒的入口初温65℃，热媒的出口中温（平均温度）45℃。

室内储水箱内水的的初温和终温分别为15℃和45℃。

假定换热面积为0.3m2。

则△tj=25℃

则换热量

循环换热时间：经计算循环换热约2小时能达到换热效果。

室内循环换热管道损失估算：

室内循环流量：单户的循环流量约为100l/h～180l/h；34户循环主管道管径为DN32；按照40mm厚聚乙烯保温层，管道温度为60℃；室内环境温度为20℃；每米管道的热损失为12w/m；平均循环时间按照8小时计算；则每个单元管道循环散热及管道冷水热损约为：80MJ/d。

（2）太阳能集热面积及集热水箱计算：

集热面积经计算为114m2，计算过程略。

应用实际效果：此小区安装集中分户换热-设置集热缓冲水箱式太阳能系统在夏季大部分时间温度能达到50℃左右，在光照最好的天气，水温能达到70℃左右。冬季正常光照的情况下水温能达到30℃左右。

安装注意问题：（1）同程水管3路若采用“1供2回”温度探头T4必须设置在最高层处检测最远点循环管路温度，反之若供水管路为“2供1回”则温度探头T4须设置在最底层。（2）户内控制器的温度设置、水箱的设计温度要合理。根据现场的调试，换热上限8℃，下限2℃最为合适。（3）户内控制电磁阀为常启闭的易损件，选用可靠、灵敏的高质量电磁阀非常重要。

参考文献

[1]王靖华，王宁.高层住宅集中热水系统设计探讨[J].中国给水排水，2002.

[2]潘雷.集中集热-分户储热太阳能热水系统的实例分析[J].建筑热能通风空调，2013.

作者简介：石中秋（1980，9-），男，籍贯：山东省德州市，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：建设工程（建筑工程给排水）。