引言：保定市新一代高层居住（C区）（以下简称“新一代C区”）占地362.492亩，规划总建筑面积约为63万 m2，其中高层住宅约50万m2，住宅以板式为主。坚持“合理利用能源，降低能耗”的理念设计，严格按照当地节能政策标准要求执行，并采用新型节能墙体材料和屋面保温隔热技术与材料、节能门窗的保温隔热和密闭技术、广泛采用可再生能源应用技术及设备等主要节能措施，其中采用屋顶太阳能集中24小时供应生活热水，开创本地太阳能应用的先例。

　　新一代C區三期工程太陽能集中供熱水系統 由保定新一代房地産開發有限公司、河北建新建築集團股份有限公司、保定市新一代沃爾達商貿有限公司聯合設計，該工程已于2008年10月交付業主並取得了良好的效果。
　　現以16#樓爲例分析太陽能集中供熱水系統的設計。

　　一、設計基本要求：
　　新一代C区16#楼为两个单元，一梯两户板式住宅楼，共十九层，76户，总建筑面积8375㎡。以每户日均需水量按60kg计算，系统日均产水量4.5 吨。晴好天气以太阳能为主，辅助热源为电加热。供水方式为全天 24 小时恒温 50 ℃供应热水，市政供水温度以春秋季节平均取10℃。

　　二、設計依據：
　　GB/T18713-2002 《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》；
　　GB/T4272-1992 《设备及管道保温技术通则》；
　　GB/T6424-1997 《太阳能集热器技术条件》；
　　GB/T93-86 《工业自动化仪表工程及验收规范》；
　　GB5042 《建筑给水排水采暖工程施工质量验收规范》；
　　NY/T651-2002《家用太陽能熱水系統安裝、運行維護技術規範》；
　　國家氣象局發布的參考氣象數據。
　　保定市地处我国华北中部地区，属温带季风气候区，年平均气温为 11.5 ℃。以春秋季节计算，年平均日太阳辐射量水平面为14.18MJ/㎡，其中太阳能倾角表面为16.014 MJ/㎡，晴天平均日照时间为 8.5 小时。

　　三、設計原理：
　　
　　1、太陽能集熱水箱系統工作原理：
　　集熱溫差循環：在集熱水箱內，當集熱器出口溫度T1與集熱水箱溫度差T1-T2>Tm（設定爲5℃），循環熱水泵P1自動開啓，通過強制循環把集熱器內的熱水置換到集熱水箱內，當T1-T2<Tn（設定爲2℃）℃，循環泵P1自動停止工作。循環加熱集熱水箱的熱水。
　　集熱器定溫放水：當集熱器出口溫度T1>46℃，且集熱水箱水位未達到L3高液位時，電磁閥DF1打開，冷水不斷把集熱器的熱水頂入集熱水箱，當T1<41℃時，關閉電磁閥DF1。
　　如此往複太陽能加熱和補水，集熱水箱水位逐漸上升，當集熱水箱水位達到L3高液位後電磁閥DF1關閉。
　　2、恒溫水箱工作原理：
　　恒溫水箱溫差循環：恒溫水箱一直保持50℃-55℃的熱水，當恒溫水箱溫度T4降至48℃，而集熱水箱溫度T2>50℃時，電磁閥DF4打開，循環泵P4自動開啓，通過強制循環把集熱水箱的熱水置換到恒溫水箱內，當恒溫水箱溫度T4>50℃時，電磁閥DF4和循環泵P4自動停止工作。
　　集熱水箱定溫放水：當集熱水箱溫度T2>50℃，且恒溫熱水箱水位未達到L4高液位時，電磁閥DF4打開，循環泵P4自動開啓，把集熱水箱的熱水打入恒溫集水箱，當T2<50℃或恒溫水箱補水至最高水位L4時，關閉電磁閥DF4和循環泵P4。
　　恒溫水箱高溫補水：當恒溫水箱溫度T4>55℃時，上水電磁閥DF2開啓，將冷水注入恒溫水箱，當溫度T4降到50℃或水位升至L4時電磁閥DF2關閉。
　　如此往複太陽能加熱和補水，恒溫水箱水位逐漸上升，當恒溫水箱水位達到L4高液位後電磁閥DF4和循環泵P4關閉。
　　3、水箱低水位補水工作原理：
　　在太陽能充足的時間內，兩熱水箱通過上述的定溫放水即可完成補水。相反，當T1、T2溫度低于定溫放水設定溫度，水箱水位又降到最低水位（集熱水箱L1、恒溫水箱L2）時，兩水箱將強制補水，但是系統將處于低水位運行模式。
　　集熱水箱低水位運行：集熱水箱補水至L5停止，集熱器溫度T1達到定溫放水要求後繼續補水，相反，水位下降至L1時重複補水至L5。
　　恒溫水箱低水位運行：恒溫水箱補水至L6停止，集熱水箱溫度T2達到定溫放水要求後繼續補水，相反，水位下降至L2時重複補水至L6。
　　*水箱低水位運行時不會影響各溫差循環功能。
　　4、供熱水管網工作原理：
　　供水管網采用恒壓變頻控制，供水管路采用主管路回路循環保證由于管網長和長時間不用水，主管路水溫下降的缺點。在恒溫水箱供水管路口安裝變頻控制和增壓水泵，保證供水管路一定的壓力，當用戶用水時，管路壓力下降，控制水泵啓動增加，達到一定壓力自動停止。當管路內長時間不用水時，管路末端回水溫度傳感器T5低于40℃時，打開電磁閥3，管路壓力下降水泵啓動，循環供水管路的水，當T5達到45℃時，關閉電磁閥3，供水泵停止。
　　5、太陽能系統的輔助加熱系統：
　　采用電加熱和恒溫水箱分離，用循環泵使水箱內的水和加熱裝置進行循環，即可以提高電加熱的使用壽命，維修也方便。
　　只要恒溫水箱溫度T4低于設定溫度45℃，輔助電加熱循環泵P3自動啓動，將水注入電加熱水箱，電加熱裝置開啓。當T4>50℃時循環泵P3和電加熱裝置停止。
　　6、電器保護：
　　集熱水箱低水位時，循環泵P4和電磁閥DF4停止工作。
　　恒溫水箱低水位時，電加熱和循環泵P2停止工作。
　　電加熱系統每次最長運行40分鍾，與二次啓動相隔5分鍾。
　　集熱器出口溫度高于85℃時，自來水補水電磁閥DF1和集熱循環泵P1不啓動。
　　7、太陽能系統另配定時供水、定時電加熱功能。

　　四、系統設計：
　　主要由集熱器、儲熱水箱、輔助熱源、循環管道、自動控制、阻垢除垢、恒溫供水系統等七部分組成。
　　（一）集热器 ：
　　1、热负荷：需水量4500kg ，Q=4500kg×(50 ℃-10 ℃)×4.18=752.4MJ；
　　2、集热面积：太阳能热水系统的产水量与太阳辐射强度和日照时间及集热器受光面积密切相关，一年四季变化很大。因此本方案按年平均辐射量进行设计。太阳能热水系统集热效率为 51%，管路及储热水箱热损失率为0.2，则集热面积为：A=752.4MJ/[16.014MJ/㎡×51%×（1-0.2）]=115㎡。
　　3、集熱器選型及鋪放安裝：
　　選用力諾瑞特LPC47-1550型集熱器；真空管規格Ф47×1500mm；進口0.6mmSUS304-2B不鏽鋼內芯；每組集熱單元采光面積6.25㎡，單元總容水量82L。
　　集热器联箱。内胆用0.6mmSUS304-2B食品级不锈钢；外皮用0.5mm不锈钢；尾托架用1.2mm不锈钢尾托、PBT尾架；联箱保温用聚氨脂 ,闭孔率≥95% 。
　　集熱器安裝在屋頂，按單組並串聯方式鋪放；集熱管水平角度2度，對地傾角15～30度；每個系統組成一個集熱器陣列，所産熱水直接進入儲水箱備用。
　　（二）儲熱水箱 　设计储热水箱和恒温水箱各一台，储热水箱的有效容积按照产水量进行设计，实际规格按大于有效容积的 10% 进行生产。恒温水箱的容积为1.5吨。水箱内胆采用 1.2mm 厚的 SUS304-2B 进口食品级不锈钢板材，氩弧焊接技术成型，保温层采用70mm 进口聚氨酯整体发泡,闭孔率95%；外壳采用0.5mm不锈钢板拉铆工艺制作；水箱整体现场组装完成。
　　（三）輔助加熱 　考慮全年陰雨天氣爲100天，按時陰雨天完全靠電加熱計算，設計電輔助加熱功率爲36KW。
　　（四）管道循環系統 　管路采用标准饮用水热镀锌管道；楼面以上管道采用70mm聚氨酯保温；安装供水泵、集热循环泵 、加热循环泵各二台（一备一用）。
　　（五）自動控制系統 　控制系统采用 PLC控制器与优质电器组合而成。所有电器元件均采用国内优质产品，实现自动化智能操作，同时具备手动强制启停功能，维修更方便，功能更齐全。
　　（六）阻垢防垢 　在冷水進水口安裝阻垢器(矽磷精)是一種經濟有效的環保型産品，是由對人體有益的聚磷酸鹽（牛奶、大豆中富含）和矽酸鹽（礦泉水中富含）組成，能防止鈣鎂離子、碳酸鹽垢和鐵垢的形成，其中的P-P成分隔絕水中溶解氧與金屬離子的反應。通過阻垢防垢，提高系統各部件的使用壽命。
　　（七）恒溫供水系統　按照全天候恒温50℃供水要求，设恒温水箱1台，无论在任何状态下，使恒温水箱的温度始终保持在 50℃，偏差不超过± 2℃。■