太阳能热水系统建筑相结合现状与分析

提要:太阳能热水系统建筑一体化技术经过十余年的快速发展有了长足的进步,但同时也暴露了大量的问题。本文重点分析面临的问题及解决之道。

  在能源危机和环境污染的双重压力下,太阳能作为一种取之不尽且无污染的能源,已成为当前国际能源开发利用领域中的新热点。太阳能热水器在太阳能热利用领域中,技术最成熟,应用最广泛。太阳能热水系统建筑一体化技术经过十余年的快速发展有了长足的进步,但同时也暴露了大量的问题。本文重点分析面临的问题及解决之道。

  1 设计理念和系统选择

  用户的自发选择和政府强制政策造成的设计理念和设计深度的不同给系统运行带来的隐患(设计缺陷)。具体分析如下:

  用户自发选择的项目,一般会与太阳能企业作前期的深入交流和方案论证,主要关注用户需求的满足、系统节能效果和投资效益分析,太阳能保证率一般≥70%,需求使用情况明确,系统选型和系统配置(二次能源、自控程序)科学合理,节能效益明显,使用管理方便,服务维修及时待等优点。

  政府补贴政策和强制政策下实施的项目,业主的关注点主要适应强制政策的下限,通过项目审批或满足补贴政策的要求获取政府补贴,对真正的用户需求、系统节能和投资效益缺乏深入细致的论证。一般由设计单位根据强制政策和建筑物相结合的要求出设计图纸和方案,不确定中标的太阳能投标企业作二次深化设计,太阳能保证率一般50%,投标企业受招标条件、初步方案图纸、投标报价的限制不可能制定出科学合理的系统方案,给项目实施和使用带来不可弥补的设计缺陷。

  2 住宅建筑的特点限制了系统选择和配置的灵活性

  (1)多层建筑无论屋面面积还是南立面均能满足太阳能保证率≥70%,无论是选择分散式还是集中式均能达到系统节能的目标,是用户自发选择和2012年前太阳能热水系统一体化发展的主要市场

  (2)高层、小高层建筑是国家强制政策推广的主要对象(大、中城市)屋面面积和南立面面积(下部遮光)都受限制,开发商和设计单位一般取政策规定的下限太阳能保证率50%。

  (3)设计方案一般单一选择分散式或集中式,太阳能保证率均在50%左右。合理的方案应为分散式与集中式结合,太阳能保证率可提高到70%。

  3 二次能源的选择

  多层建筑、公共建筑,二次能源选择灵活合理,分散系统一般选用电加热,集中加热可选用燃气锅炉和电锅炉或电加热,合理的集中加热方案加热功率可以降到分散式加热功率的50%以下。高层、小高层住宅建筑,因受到设计规范的限制,集中、分散电加热功率均受限制,一般选择壁挂炉分散加热,集中加热一般选择空气源热泵,设计中一定要处理好太阳能过热时对二次加热设备(壁挂炉)的热冲击。

  4 客户入住率对运行费用的影响

  运行费用主要包括:集热循环泵、供水循环泵、冬季伴热带、集中加热系统二次加热设备的耗能。根据雨昕阳光多个项目的运行情况统计,入住率越低运行费用的绝对值越高,自控系统参数设定合理的情况下,入住率约30%是个平衡点,合理配置的系统入住率30%~80%系统节能效益明显(入住率80%以下二次能源设备启动时间很少)。建议设计单位在设计说明中要明确告知业主,便于物业管理单位制定对策和向用户承诺中说明。

  5 供水系统节能设计

  集中供水系统和集分式系统,设计单位往往把供、回水支管预留到屋面以上500mm,投标企业只能将设备间到各供、回水支管的主管道设置在屋面,造成屋面循环管道多、管路长、路由困难、管道交叉,防冻伴热、保温、避雷工作量大量增加,供水循环泵启动频繁,防冻伴热启动时间加长,系统运行耗能大幅增加。建议设计单位在方案设计时尽量将主供水管道纳入一次设计,设置在室内引入机房。

  6 用户和政府相关部门对水质和噪音的要求

  集中集热分户供水系统现在一般设计开放式水箱,变频供水、热水一旦引入厨房,水质要求应达到饮用水标准,北京市水箱水质卫生防疫部门一年两次抽检(全检),检测费用很大。变频供水泵的低频噪音对顶层用户影响很大。

  建议该类项目的供水系统设计为在开放水箱内设置换热盘管,采用无动力供水方式,做到冷、热水同压、同源,避免水质的二次污染和供水泵的低频噪音影响,降低运行和维护费用。

  7 分散式系统水箱布置对系统安全和使用的影响

  集中集热分户储热系统水箱一般设置在厨房或卫生间占用了室内空间。

  分散式系统(壁挂式)水箱应设置在集热器出口2m以内的范围,一般设置在阳台内,个别项目设在客厅或主卧,业主、设计单位为追求室内空间和室内布置的美观,往往把水箱移至空调小室,将带来新的问题:

  (1)空调小室属于室外环境,供、回水管道必须增加防冻措施(一般用伴热带);

  (2)供水管道紧靠外墙保温,电伴热带、电加热线路存在连电起火的隐患;

  (3)水箱、电加热、伴热带缺少操作、检修、维护通道;

  (4)水箱与控制器分开设置,控制器到水箱和伴热带接头预埋强、弱电单独回路,室外明管和暗敷管道、伴热带接头应设明装防爆线盒。

  8 控制系统线路布置的规范性和控制器功能同质化

  控制系统缺乏对不同用户需求的个性化满足,运行参数的设定和系统调试满足于验收和系统运行正常,缺少方便物业管理、用户使用和系统节能的针对性调试方案。应积极开发针对不同用户需求的个性化控制器(控制系统细分),制定针对满足用户不同使用需求和系统节能的参数设定和调试方案。

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