太陽能集中供熱系統(tǒng)在高層建筑中的應(yīng)用

摘要 本文針對在建筑高度50m以上屋面上安裝太陽能熱水系統(tǒng)，著重分析了系統(tǒng)原理、供熱管道系統(tǒng)、輔助熱源，以保證供熱壓力穩(wěn)定、溫度恒定、容量充足。 　　0前言 　　太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的初投資雖然較高，但后期的運(yùn)行成本比普通能源系統(tǒng)少很多，并且清潔無污染。而且隨著科技的發(fā)展，太陽能供熱技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)將更加成熟，其使用成本將降低。因此，太陽能熱水系統(tǒng)依靠其顯著的節(jié)能環(huán)保特性以及投資經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢而具有相當(dāng)大的市場潛力。我國的太陽能熱利用行業(yè)近幾年發(fā)展勢頭良好，越來越多的用戶開始熟悉它，并對其應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣，市場認(rèn)可度和接受度均有所提高。 　　目前，太陽能集中供熱系統(tǒng)主要應(yīng)用于小高層、多層等較低樓層上，應(yīng)用范圍較窄。在建筑高度為50m以上安裝太陽能集中供熱系統(tǒng)，除了考慮與建筑的結(jié)合，不妨礙建筑原有的功能外，最關(guān)鍵的問題是要保證壓力穩(wěn)定、溫度恒定、容量充足。對于高檔酒店、小區(qū)及寫字樓等建筑還需要考慮太陽能熱水能即開即用。 　　1 系統(tǒng)原理 　　一般來說，太陽能集中供熱系統(tǒng)由太陽能集熱器定溫放水、太陽能集熱器溫差循環(huán)加熱、儲熱水箱最低水量保持、輔助熱源加熱控制與供熱末端回水循環(huán)控制組成。如圖1所示。     對于高層建筑來說，需要注意的是要最大限度地安裝太陽能集熱器模塊，充分利用屋面空間。有時建筑會有多個太陽能集熱器矩陣，每個太陽能集熱器矩陣適宜有一個配套的容積量較小的儲熱水箱。儲熱水箱的熱水通過泵輸送到容積量較大的供熱水箱，再輸送到用戶那里。 　　另外，為了保證高檔酒店24h能即開即用熱水，用戶管路中應(yīng)配置加壓回水泵及電泵閥。這個泵起兩個作用： 　　1.用水高峰時，該泵啟動，起到增壓作用，保證用戶有足夠的熱水使用； 　　2.當(dāng)回路中的溫度（T5感溫器）較低時（如30℃，可以依據(jù)不同的季節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定），該泵啟動，將干管中的低溫水送回供熱水箱，將供熱水箱中的高溫水送到用戶，保證用戶即開即用熱水。太陽能集熱系統(tǒng)原理見圖1。  圖1  太陽能集中供熱系統(tǒng)原理 　　1.1太陽能集熱器定溫放水 　　在光照條件下，當(dāng)太陽能集熱器內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定溫度值時（可在0℃～100℃以內(nèi)任意設(shè)定，一般設(shè)定在55℃），控制器使定溫電磁閥自動開啟，自來水進(jìn)入太陽能集熱器，并將太陽能集熱器內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度的熱水頂入儲熱水箱；當(dāng)太陽能集熱器內(nèi)水溫低于設(shè)定值時，電磁閥自動關(guān)閉。 　　1.2太陽能溫差循環(huán)加熱 　　當(dāng)儲熱水箱水滿時，控制器使系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入溫差循環(huán)。即當(dāng)太陽能集熱器內(nèi)水溫高于水箱水溫時，控制器控制循環(huán)水泵按溫差變頻的方式自動啟動，將水箱內(nèi)溫度較低的水打入太陽能集熱器，而將太陽能集熱器內(nèi)高于水箱溫度的熱水頂入貯熱水箱；當(dāng)太陽能集熱器內(nèi)水溫不高于水箱水溫時，控制器控制循環(huán)水泵自動停止工作。 　　1.3 儲熱水箱最低水量保持 　　控制器隨時檢測儲熱水箱水位，當(dāng)?shù)陀谧畹捅３炙辉O(shè)定時，控制系統(tǒng)會使輔助加熱系統(tǒng)自動啟動，并通過太陽能熱水系統(tǒng)向水箱補(bǔ)水，直至達(dá)到最低保持水量熱水時，輔助熱源及定溫電磁閥自動停止。 　　1.4 輔助熱源加熱控制 　　根據(jù)太陽能晴天時產(chǎn)水標(biāo)準(zhǔn)或用戶設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，電腦控制器隨時對水箱水量、水溫進(jìn)行檢測。當(dāng)陰雨天或光照不足，太陽能產(chǎn)熱水量不足時，自動啟動輔助熱源系統(tǒng)；當(dāng)水箱水溫高于設(shè)定值時，太陽能定溫電磁閥自動打開，冷水進(jìn)入太陽能集熱器，將太陽能集熱器內(nèi)的水頂入儲熱水箱；當(dāng)水箱水溫低于設(shè)定值時，電磁閥自動關(guān)閉。如此不斷循環(huán)，使水箱熱水不斷增加，當(dāng)儲熱水箱達(dá)到檢測水量時，輔助熱源自動停止。 　　1.5 供熱末端回水循環(huán)控制 　　當(dāng)控制器檢測到用戶末端的水溫低于設(shè)定值時（一般設(shè)定為30℃），回水循環(huán)泵啟動向用戶供應(yīng)熱水；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時（一般設(shè)定為55℃）停止。回水循環(huán)泵也可以當(dāng)作增壓泵使用，在程序中設(shè)定即可。當(dāng)用戶高峰用水時，此泵自動打開供水，提高管道供水量，增加壓力，滿足用水高峰時的需求。 　　2 供熱管道系統(tǒng) 　　供熱管道系統(tǒng)與生活給水系統(tǒng)需要考慮的問題是相同的，但設(shè)置卻是相反的。對于高層建筑生活給水系統(tǒng)也需要采用分區(qū)給水的方式。4層（視當(dāng)?shù)氐某鞘薪o水狀況而定，水壓一般可滿足建筑5層~6層的生活用水要求，對于要求較高的建筑可選在4層）及4層以下由城市管網(wǎng)直接供水，5層及5層以上由貯水池—水泵—屋頂水箱—減壓閥減壓給水。50m~80m的高層建筑高區(qū)部分分為2個分區(qū)；80m~110m左右的高層建筑高區(qū)部分分為3個分區(qū)。 　　對于供熱管道系統(tǒng)而言，高層建筑同樣需要分區(qū)，而且應(yīng)與生活用水的分區(qū)保持一致。如圖2所示。 　　圖2是某五星級酒店所采用的熱水管路示意圖，共分為3個區(qū)，15層~22層不設(shè)減壓閥；1層~5層、6層~14層采用了支路減壓閥，以保證低層管道的壓力處于正常的范圍內(nèi)。  圖2  供熱管道示意圖 　　3 輔助熱源 　　由于太陽能是一種不穩(wěn)定的熱源，受當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩氐挠绊懞艽螅?、雪天幾乎不能利用。因此必須和其他能源的水加熱設(shè)備聯(lián)合使用，才能保證穩(wěn)定的熱水供應(yīng)，其作用是當(dāng)太陽能不足時用為太陽能熱水系統(tǒng)的熱能補(bǔ)充。 　　對高層建筑而言，若為小區(qū)，則用戶可直接安裝太陽能熱水器；若為酒店或?qū)懽謽?，則易采用鍋爐作為輔助熱源設(shè)備。選擇燃油（氣）鍋爐或電熱水鍋爐均可。若選擇蒸汽鍋爐，為了達(dá)到GB3096《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》的要求，易采用板式換熱器（如圖1所示），消除蒸汽直接通入水中所產(chǎn)生的噪聲。因高層建筑的水管線會很長，為了盡量減少管線的長度，鍋爐易安置于屋面，盡可能地接近供熱水箱。目前，隨著科技的發(fā)展以及節(jié)能觀點(diǎn)的深入，輔助熱源還有水源熱泵及地源熱泵、空氣源熱泵等形式。 　　4尾聲 　　高層建筑安裝太陽能熱水系統(tǒng)不受周圍建筑的影響，但是需要盡可能地利用樓層面的有效面積，以達(dá)到較高的太陽能熱水系統(tǒng)保證率。雖然采用可再生能源系統(tǒng)需要增加一定的初期投資，在運(yùn)行過程中也需要一定的維護(hù)費(fèi)用。但在長期使用過程中，通過節(jié)約用能、減少污染氣體的排放，所節(jié)省的能源費(fèi)用是非常龐大而持續(xù)的。而且通過使用可再生能源所產(chǎn)生的環(huán)境效益和社會效益是不可估量的。