太阳能集中供热系统在高层建筑中的应用

摘要 本文针对在建筑高度50m以上屋面上安装太阳能热水系统，着重分析了系统原理、供热管道系统、辅助热源，以保证供热压力稳定、温度恒定、容量充足。 　　0前言 　　太阳能热水系统、太阳能发电系统的初投资虽然较高，但后期的运行成本比普通能源系统少很多，并且清洁无污染。而且随着科技的发展，太阳能供热技术、太阳能发电技术将更加成熟，其使用成本将降低。因此，太阳能热水系统依靠其显著的节能环保特性以及投资经济性的优势而具有相当大的市场潜力。我国的太阳能热利用行业近几年发展势头良好，越来越多的用户开始熟悉它，并对其应用产生了浓厚的兴趣，市场认可度和接受度均有所提高。 　　目前，太阳能集中供热系统主要应用于小高层、多层等较低楼层上，应用范围较窄。在建筑高度为50m以上安装太阳能集中供热系统，除了考虑与建筑的结合，不妨碍建筑原有的功能外，最关键的问题是要保证压力稳定、温度恒定、容量充足。对于高档酒店、小区及写字楼等建筑还需要考虑太阳能热水能即开即用。 　　1 系统原理 　　一般来说，太阳能集中供热系统由太阳能集热器定温放水、太阳能集热器温差循环加热、储热水箱最低水量保持、辅助热源加热控制与供热末端回水循环控制组成。如图1所示。     对于高层建筑来说，需要注意的是要最大限度地安装太阳能集热器模块，充分利用屋面空间。有时建筑会有多个太阳能集热器矩阵，每个太阳能集热器矩阵适宜有一个配套的容积量较小的储热水箱。储热水箱的热水通过泵输送到容积量较大的供热水箱，再输送到用户那里。 　　另外，为了保证高档酒店24h能即开即用热水，用户管路中应配置加压回水泵及电泵阀。这个泵起两个作用： 　　1.用水高峰时，该泵启动，起到增压作用，保证用户有足够的热水使用； 　　2.当回路中的温度（T5感温器）较低时（如30℃，可以依据不同的季节进行调节设定），该泵启动，将干管中的低温水送回供热水箱，将供热水箱中的高温水送到用户，保证用户即开即用热水。太阳能集热系统原理见图1。  图1  太阳能集中供热系统原理 　　1.1太阳能集热器定温放水 　　在光照条件下，当太阳能集热器内水温达到设定温度值时（可在0℃～100℃以内任意设定，一般设定在55℃），控制器使定温电磁阀自动开启，自来水进入太阳能集热器，并将太阳能集热器内达到设定温度的热水顶入储热水箱；当太阳能集热器内水温低于设定值时，电磁阀自动关闭。 　　1.2太阳能温差循环加热 　　当储热水箱水满时，控制器使系统自动转入温差循环。即当太阳能集热器内水温高于水箱水温时，控制器控制循环水泵按温差变频的方式自动启动，将水箱内温度较低的水打入太阳能集热器，而将太阳能集热器内高于水箱温度的热水顶入贮热水箱；当太阳能集热器内水温不高于水箱水温时，控制器控制循环水泵自动停止工作。 　　1.3 储热水箱最低水量保持 　　控制器随时检测储热水箱水位，当低于最低保持水位设定时，控制系统会使辅助加热系统自动启动，并通过太阳能热水系统向水箱补水，直至达到最低保持水量热水时，辅助热源及定温电磁阀自动停止。 　　1.4 辅助热源加热控制 　　根据太阳能晴天时产水标准或用户设定标准，电脑控制器随时对水箱水量、水温进行检测。当阴雨天或光照不足，太阳能产热水量不足时，自动启动辅助热源系统；当水箱水温高于设定值时，太阳能定温电磁阀自动打开，冷水进入太阳能集热器，将太阳能集热器内的水顶入储热水箱；当水箱水温低于设定值时，电磁阀自动关闭。如此不断循环，使水箱热水不断增加，当储热水箱达到检测水量时，辅助热源自动停止。 　　1.5 供热末端回水循环控制 　　当控制器检测到用户末端的水温低于设定值时（一般设定为30℃），回水循环泵启动向用户供应热水；当温度达到设定值时（一般设定为55℃）停止。回水循环泵也可以当作增压泵使用，在程序中设定即可。当用户高峰用水时，此泵自动打开供水，提高管道供水量，增加压力，满足用水高峰时的需求。 　　2 供热管道系统 　　供热管道系统与生活给水系统需要考虑的问题是相同的，但设置却是相反的。对于高层建筑生活给水系统也需要采用分区给水的方式。4层（视当地的城市给水状况而定，水压一般可满足建筑5层~6层的生活用水要求，对于要求较高的建筑可选在4层）及4层以下由城市管网直接供水，5层及5层以上由贮水池—水泵—屋顶水箱—减压阀减压给水。50m~80m的高层建筑高区部分分为2个分区；80m~110m左右的高层建筑高区部分分为3个分区。 　　对于供热管道系统而言，高层建筑同样需要分区，而且应与生活用水的分区保持一致。如图2所示。 　　图2是某五星级酒店所采用的热水管路示意图，共分为3个区，15层~22层不设减压阀；1层~5层、6层~14层采用了支路减压阀，以保证低层管道的压力处于正常的范围内。  图2  供热管道示意图 　　3 辅助热源 　　由于太阳能是一种不稳定的热源，受当地气候因素的影响很大，雨、雪天几乎不能利用。因此必须和其他能源的水加热设备联合使用，才能保证稳定的热水供应，其作用是当太阳能不足时用为太阳能热水系统的热能补充。 　　对高层建筑而言，若为小区，则用户可直接安装太阳能热水器；若为酒店或写字楼，则易采用锅炉作为辅助热源设备。选择燃油（气）锅炉或电热水锅炉均可。若选择蒸汽锅炉，为了达到GB3096《城市区域环境噪声标准》的要求，易采用板式换热器（如图1所示），消除蒸汽直接通入水中所产生的噪声。因高层建筑的水管线会很长，为了尽量减少管线的长度，锅炉易安置于屋面，尽可能地接近供热水箱。目前，随着科技的发展以及节能观点的深入，辅助热源还有水源热泵及地源热泵、空气源热泵等形式。 　　4尾声 　　高层建筑安装太阳能热水系统不受周围建筑的影响，但是需要尽可能地利用楼层面的有效面积，以达到较高的太阳能热水系统保证率。虽然采用可再生能源系统需要增加一定的初期投资，在运行过程中也需要一定的维护费用。但在长期使用过程中，通过节约用能、减少污染气体的排放，所节省的能源费用是非常庞大而持续的。而且通过使用可再生能源所产生的环境效益和社会效益是不可估量的。