分析中高層住宅陽臺式太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用案例

北京市太陽能研究所集團(tuán)有限公司/律翠萍

　　摘要：本文主要介紹了適用于中高層住宅的陽臺式太陽能熱水系統(tǒng)原理及工程應(yīng)用，該工程集熱元件為U型管集熱器，水箱為立式夾套水箱，內(nèi)設(shè)電輔助加熱裝置，水箱安裝在陽臺承重墻上。系統(tǒng)智能控制，操作簡單，使用方便。

　　1工程概況

　　項(xiàng)目位于包頭市昆區(qū)，根據(jù)包頭中冶·世家項(xiàng)目一期實(shí)際情況，本工程安裝陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)，規(guī)格為100L水箱的396套和120L水箱的272套，集熱器為U型真空管集熱器。系統(tǒng)能源以太陽能為主，電加熱為輔，保證住宅全年全天候熱水供應(yīng),該項(xiàng)目要求春夏秋三季熱水出水溫度不低于55℃，冬季熱水出水溫度不低于45℃。太陽能集熱器在南側(cè)客廳陽臺外掛安裝，承壓儲熱水箱安放于南側(cè)陽臺指定位置。

　　2陽臺式太陽能熱水系統(tǒng)工作原理

　　陽臺式太陽能熱水系統(tǒng)為集熱部分（集熱器）和儲熱部分（水箱）相分離的分體式系統(tǒng)。系統(tǒng)由四部分組成：集熱器、水箱、循環(huán)管路和控制器。集熱器掛在南側(cè)陽臺外壁或壁上吸收太陽能，水箱固定在陽臺內(nèi)承重墻上，集熱器和水箱之間通過循環(huán)管路連接。

　　集熱器吸收太陽能輻射后轉(zhuǎn)化為熱能，將熱量傳遞給集熱器內(nèi)的防凍液，防凍液溫度升高后，自然向上循環(huán)至水箱換熱結(jié)構(gòu)，與水箱之間進(jìn)行換熱，達(dá)到加熱目的。防凍液與水箱換熱的過程中，溫度下降，自然循環(huán)至集熱器中，形成集熱循環(huán)過程。自然循環(huán)無需外部動力，系統(tǒng)依靠集熱器和水箱中的介質(zhì)溫度不同產(chǎn)生的密度差進(jìn)行循環(huán)（熱虹吸循環(huán)），將儲熱水箱中的水不斷加熱。系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖1所示。

　　水箱里有輔助能源電加熱，當(dāng)水箱溫度未達(dá)到用戶使用要求時可以通過電加熱水箱中的水。該系統(tǒng)電加熱可自動控制和手動控制。集熱器和水箱之間的管路充滿防凍介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)防凍。該系統(tǒng)承壓運(yùn)行，用戶打開用水末端，即可使用熱水。

　　3陽臺式太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　3.1集熱器型式選擇與安裝方式

　　依甲方要求，集熱器選用玻璃U型管太陽能集熱器，100L水箱配一塊真空管規(guī)格為Φ58×1800mm13支的集熱器，120L水箱配一塊真空管規(guī)格為Φ58×2100mm13支的集熱器。

　　U型管集熱器有以下特點(diǎn)：全玻璃真空管內(nèi)不走水，降低炸管率，真空管偶爾破損不影響整機(jī)運(yùn)行；采用全玻璃真空技術(shù)，全年效率均衡；金屬流道，可承壓使用；集熱器既可縱置，亦可橫置，安裝自如，能與建筑完美結(jié)合。

　　集熱器與墻面的安裝方式有直立式和傾斜式兩種。直立式是集熱器與墻面平行，與墻面結(jié)合緊密，外觀具有一定的裝飾效果，但熱效率低；傾斜式是集熱器與墻面有一定角度，外觀裝飾效果不如直立式，但接受太陽照射效果好。

圖2集熱器安裝效果圖

　　本工程集熱器傾斜式安裝，安裝角度為32°，熱效率高。集熱器安裝效果如圖2所示。

　　3.2儲熱水箱的選擇

　　儲熱水箱采用立式搪瓷內(nèi)膽夾套水箱，具有以下特點(diǎn)：

　　1.夾套式結(jié)構(gòu)，360°循環(huán)換熱，增大換熱面積，熱效率高；

　　2.鈦金特護(hù)內(nèi)膽、耐腐蝕、耐高壓、抗疲勞；

　　3.徹底實(shí)現(xiàn)水電隔離，雙級超溫自動斷電保護(hù)系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)；

　　4.水壓足，可多點(diǎn)供水，舒適性強(qiáng)；

　　5.儲熱水箱承壓運(yùn)行，能承受8kg壓力。

　　每戶配置一個承壓搪瓷水箱，水箱技術(shù)參數(shù)如表1所示。當(dāng)雨雪天氣太陽能系統(tǒng)不工作時，可由輔助電加熱保證熱水供應(yīng)，以保證用戶24小時熱水需求。水箱安裝效果如圖3所示。

圖3水箱安裝效果圖

　　3.3集熱器支架

　　集熱器支架采用國標(biāo)40mm×40mm×4mm角鋼制作，與建筑物合理地連接成整體，確保安裝的穩(wěn)定牢固和安全性能。支架整體進(jìn)行噴塑處理，設(shè)計(jì)時充分考慮集熱器和水箱運(yùn)行重量，安全可靠，符合國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB50364-2005）》的技術(shù)要求。

　　3.4連接管路

　　集熱器與水箱的連接管路采用φ16的紫銅管，管壁1mm厚，接口采用空調(diào)接口，具有壽命長等優(yōu)點(diǎn)。由于換熱方式采用自然循環(huán)，就要求管路避免急轉(zhuǎn)彎，保證循環(huán)暢通，同時，為防止氣阻和滯流，循環(huán)管路（包括上下集管）安裝應(yīng)不小于0.01的坡度，以便于排氣。管路最高點(diǎn)應(yīng)設(shè)通氣管或自動排氣閥。

　　水箱與用水點(diǎn)的連接采用PPR管路，熱水供應(yīng)管路系統(tǒng)安裝同《SGBZ-0502室內(nèi)給水管道安裝施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》。管路保溫采用橡塑保溫，外纏鋁箔布，防水防老化，美觀實(shí)用壽命長。

　　3.5控制系統(tǒng)

　　系統(tǒng)全自動運(yùn)行，保證無需人員值守系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。本項(xiàng)目配置的控制器是應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的太陽能專用配套儀表，控制儀表可實(shí)現(xiàn)功能如下：

　　1.定時加熱：用戶可根據(jù)個人生活習(xí)慣（洗澡時間或熱水使用時間），設(shè)定電加熱定時開啟的時間。在設(shè)定的時間，儀表將自動檢測水箱水溫，當(dāng)水箱水溫低于設(shè)定值時，電加熱將自動開啟，將水箱中的水加熱到設(shè)定溫度后自動關(guān)閉。

　　2.手動加熱：用戶可根據(jù)自己的需要，隨時手動開啟或關(guān)閉電加熱。

　　3.開機(jī)自檢：控制儀表在停電后，會儲存原來設(shè)置的參數(shù)，來電后開機(jī)自檢。

　　4.溫度指示：可實(shí)時顯示水箱溫度。

　　5.恒溫加熱：儀表可實(shí)現(xiàn)恒溫加熱功能，設(shè)定水箱恒溫加熱溫度，當(dāng)水箱低于該溫度時，電加熱自動開啟，達(dá)到該溫度，電加熱自動關(guān)閉。

　　6.漏電保護(hù)：儀表具有漏電保護(hù)功能，當(dāng)檢測到漏電電流時，儀表自動斷開電加熱，同時蜂鳴器報警。

　　7.管道解凍：冬天室外氣溫較低時，可按“解凍”鍵啟動電熱帶防止水管凍裂，對于通電時間用戶可通過按鍵進(jìn)行設(shè)置。通電時間達(dá)到用戶設(shè)定值以后控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉電熱帶，此功能不僅節(jié)約電能，而且可以有效防止電熱帶長期通電導(dǎo)致老化。

　　8.掉電記憶：在掉電的情況下，儀表會保存用戶之前設(shè)置的所有參數(shù)，當(dāng)上電時控制儀能按以前設(shè)定的模式及功能運(yùn)行。

　　9.過載保護(hù)：當(dāng)啟動電加熱、電熱帶時，若電流超過負(fù)載額定電流或負(fù)載短路時，儀表會自動切斷供電電源，同時蜂鳴器報警提示。