黑河市平板太阳能“拥军”工程（案例）
来源：中国太阳能产业联盟网
一、工程概况
本项目位于黑龙江省黑河市，该项目是为满足中国人民解放军65935部队公共浴室夏季每天15m33生活用热水量、冬季每二到三天15m生活用热水量而设计的太阳能热水供热系统。本方案为伯恩公司的太阳能技术在高纬度、寒冷地区生活用水领域的“拥军”工程。本次设计使用热管式平板集热器采集太阳能热量，利用驻军部队原有的水箱、热水炉、供水管网为驻军部队公共浴室提供生活用热水，设计能力为额定工况下夏季日供50℃热水15m33,冬季日供50℃热水5m；太阳辐射不足时由锅炉补充，以节约常规能源，为高寒地区的平板太阳能工程提供典型案例。本工程安装热管式平板集热器产品348㎡，在正常平均日辐射量为16.27MJ/m2夏季，系统制热能力为540000Kcal/d；在正常平均日辐射量为6.14MJ/m冬季，系统制热能力为203853Kcal/d。年收益相当于市电170165kwh，折合标煤29.3吨，年减少温室气体（CO2）排放78吨（一般一吨标煤估计排放二氧化碳为2.66-2.72吨，取2.66为计算值）。太阳能系统总投资约70万人民币，回收期约4年左右(太阳能系统与电加热做费用对比,此结果受日照强度和日照天数影响)。
二、设计施工说明
根据月平均太阳能辐射量表，5月份为太阳能辐射最强。经过计算，在5月份太阳能集热系统与水箱的小时换热量为101332w,换热器结垢修正系数取0.8，换热器传热系数通过上表取板式换热器值2650，换热设计温差取8℃，根据上式计算得出结果：太阳能系统板式换热器的换热面积为5.9㎡。该计算结果与广州捷玛换热设备有限公司提供的计算结果基本吻合。
5.太阳能系统组成
太阳能热水系主要有以下几个部分组成（见图1）：
（1）集热系统：热管式平板太阳能集热器348m,分为2个子系统，每个子系统单独配置循环泵和板式换热器。换热器、循环泵和系统控制箱布置在锅炉房旁的除尘间，需要根据现场合理布局；
（2）辅助加热系统：使用部队原有锅炉；
（3）控制系统：自动控制和手动控制，实现全天候的自动控制；本方案原则上只对太阳能集热系统负责，根据现场情况适当调整；
（4）管路系统：包括太阳能循环管路和阀门配件等；
（5）储水箱：使用部队原有水箱。安装太阳能系统时，需要对原水箱改造，以增加换热循环接口，可能会短时间停止供应热水。施工时和部队沟通好。
6.设计方案
从系统组成看出，水箱、锅炉及供水部分是系统原有，太阳能集热部分是增加部分，因此，太阳能集热部分的安装、运行、和原系统的融合是本方案的重点。
（1）集热器安装
浴室为平房建筑，在水箱间西侧，水泵及换热器安装在水箱间东侧锅炉房除尘间，与水箱一墙之隔；集热器安装在锅炉北面空地。集热器的倾斜角度按照当地纬度取50度安装，安装时需将集热器安装的空地上的树木进行移植。集热器与锅炉房隔一条6.4m宽度水泥公路，太阳能循环管道需将水泥路面破开进行深埋，然后自锅炉房北墙进入锅炉房。由于安装场地的限制不能呈南北向多排布置，考虑到冬天太阳能高度角引起的挡光等因素，集热器只能双排复合安装。双排复合支架可采用金属复合支架或者砼结构配合金属支架的安装方案。循环管的主管埋地，支管布置在集热器支架的背部。
（2）太阳能循环
图1显示，太阳能集热系统包括集热器、换热器、换热循环泵和管道，系统采用间接循环换热方式。太阳能集热系统充满防冻液。本工程使用的太阳能防冻液产品为太阳能循环系统专用防冻液；主要原料为食品级及医药级多元醇，不含乙二醇（有毒性）是传统乙二醇型太阳能防冻液的换代产品；浓缩液的最低凝点可达－60℃以下、沸点可达到280℃以上，以适应太阳能热管系统的技术需要；符合德国TL-VW774、美国ASTM.D3306标准；符合出口型太阳能循环系统专用防冻液的欧盟及美国要求。集热器阵列由于受到太阳辐射，集热器内的防冻液温度会逐步升高；当集热器阵列的上循环高温探头温度T和水箱低温探头温度T形成的温差达到设定值，即：T2-T1≥10℃（可调整）时，太阳能循环泵启动，换热器冷侧的循环泵同步启动，太阳能集热器中的高温溶液经过循环管道，通过换热器换热对水箱加热；循环过程中，集热器的溶液温度会因换热而逐步降低，当T2-T1≤5℃（可调整）时，太阳能循环泵停止，换热器冷侧的循环泵同步停止，换热过程结束。如此过程反复循环，将水箱的温度逐步升高至50℃。如果供水部分故障或者多天没人用水，水箱温度和集热器中的溶液温度都会升高，防冻液会膨胀，膨胀引起的体积变化由气压罐吸收，如果超过气压罐的设计膨胀能力，安全阀卸压，以保护集热器不因超压而损坏。本系统的气压罐等部件都经过精密计算，即使在极端情况下也不会损坏集热器。
（3）控制系统方案
太阳能集热系统采用温差强制循环，系统带有缺水保护、低温保护和过高温保护功能。太阳能系统控制部分，原则上本工程只对太阳能集热部分负责。根据现场情况，对全系统整合后可全自动控制,无须专人操作，并可根据实际用水情况调整产水量，避免造成浪费；还可在自动控制系统有故障时或有需要时采用通过转换开关转为人工控制，保证系统正常运行，让用户安全、安心使用。自动控制电控箱内装与设备要求相配套的电器元件，包括：温控器、定时器、液位仪、漏电开关、交流接触器、热继电器、转换开关、信号灯、中间继电器等。
7.主要设备选型
（1）太阳能集热器
集热器用来吸收太阳能，将光能转化为热能，是太阳能热水工程的核心部件。伯恩太阳能科技有限公司的KLC-1020悬挂式热管平板太阳能集热器，采用了一次冲压成型背板，整体刚性好，强度高；黑铬涂层的整板焊接板芯，既有高的热效率，又有良好的耐侯性，特别适用于温差大的地区；整体发泡工艺，保温效果好，最低热损≤0.023w/m℃。因此，即使在极为寒冷的地区，也能最大限度获取太阳能热量。根据计算，安装348m2的KLC-1020热管平板太阳能集热器可以满足用水要求。
（2）换热器
本工程的太阳能集热器和水箱距离较远，因此，循环管路比较长。为了克服管阻，提高换热效率，设计选用了广州捷玛换热设备有限公司生产的高效板式换热器，每个子系统单独配置换热器和循环泵，以满足系统安全可靠运行。板式换热器具有以下特点：
A.传热系数高，占地面积小，结构紧凑，维护方便；
B.容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加；
C.重量轻，价格低，不易结垢。
（3）水泵
鉴于本工程管路长、管阻大的实际情况，我们需要选用水泵特性曲线较硬，质量稳定的管道泵，因此采用广一集团生产的“广一牌”管道泵，“广一”泵具有以下特点：
A.体积轻，质量优，噪声小。水泵扬程随流量变化较小；
B.可卧式可立式安装，质量稳定可靠，使用寿命长。
（4）管道和附件
采用热镀锌管，具有以下特点：
A.镀层均匀，附着力强，耐腐蚀能力强；
B.使用寿命长。
8.工程设计标准
（1）执行及参照的标准、规范
