【技术】敬老院22吨太阳能热水工程项目分析
潍坊强胜新能源有限公司/刘永久
1 项目情况
寿张中心敬老院位于山东聊城市阳谷县寿张镇闫堤村，涵盖寿张镇、十五里元镇两个镇，占地面积约32000m2，新建房屋300 间，建筑面积6000m2，总投资500 余万元，设计床位300 张，现已入住233 人，共有工作人员30 人。
该敬老院于2007 年投入使用，整个建筑风格采用楼房与平房相结合的形式，布局科学合理，有生活区、康乐区、办公区、生产区，整个绿化面积达到60%，建筑建设标准完全符合《老年人社会福利机构基本规范》和《老年人建筑设计规范》。
2 太阳能集热工程设计和施工方案
2.1 工程概况
项目安装22 吨集热系统，50/180 集热器配置37 组，2 台11 吨不锈钢集热保温水箱，1 台自动控制柜；浴室共计40 个淋浴喷头。
(1)采用太阳能集中供热水系统，设计晴好天气每天温升35℃；
(2)定时供水，需要室内管道循环。
(3)辅助能源为电加热。
2.2 设计指标：本方案以全年日均辐照量为设计基准。
2.3 气象资料
2.3.1 当地基础水温15℃
计算热水系统的耗热量时，必须决定冷水的计算温度。确定系统最大耗热量负荷时冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定；本项目冷水来自自来水，地表水的供水温度变化与大气温度变化基本一致，因此非采暖季冷水计算温度按照平均气温取值，采暖期温度参照表1 的冷水计算温度进行取值。
2.3.2 我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土年日照量在2200 小时以上，年辐射总量大约每年3340~8360MJ/m2，相当于110~250kg标准煤/m2。根据我国气象部门测量年辐射总量的大小，一般将我国大陆部分划为四个太阳能辐射资源带，即一类地区(≥6700MJ/m2)，二类地区(5400~6700MJ/m2)，三类地区(4200~5400MJ/m2)，四类地区(4200MJ/m2)。项目所在地属于第三类资源带内。
2.3.3 太阳辐照量
依据国家建筑标准设计图集06SS128 《太阳能集中热水系统选用与安装》中《主要城市各月设计用气象参数》中选用，以济南观测站作为参考，济南市年辐照量资料为
a. 年平均气温：14℃；
b. 全年日照时数：2597h；
c. 全年辐照量：5755.618MJ(m2·a)；
d. 年日均辐照量：15.77MJ(m2·d)。
2.3.4 太阳能热水系统水质要求
由于各地的水质情况不同，对于水质较差的地区，使用太阳热水系统时，将严重影响使用效果，因此，根据本工程用水的特殊性，一定要达到本工程所需用水水质的指标。
3 参考标准
1. GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
2. GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》
3. GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》
4. GBJ17-88《钢结构设计规范》
5. GB5009-2001《建筑结构载荷规范》
6. GB50207-2002《屋面工程质量验收规范》
7. GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》
8. GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
9. GB50303-2002《建筑电气安装工程施工质量验收规范》
10. GB50300《建筑工程施工质量验收统一标准》
11. GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》
12. GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
13. GB50345-2004《屋面工程技术规范》
4 运行原理及说明
项目采用JPH-50QHW18/58-00/01 型集热器、智控系统(含传感器)、不锈钢保温水箱等主要设备，来完成乙方需求的各项功能。
4.1 运行原理
为满足热水需求，结合实际情况，系统采用温差强制循环方式实现热水供水如图1所示。
4.2 太阳能热水系统运行说明
4.2.1 自动补水
a. 定水位补水：当水箱B 水位L2 低于设定水位，电磁阀1 打开，将水箱A 中的热水顶入水箱B，当水箱B 达到设定水位时，电磁阀1 关闭；
b. 温控补水：当供水水箱温度T2 大于超温设置温度50℃时停止DCF1，若水箱水位达不到设定高水位则启动DCF3 直接补冷水进供水水箱；
通过DCF1 和DCF3 的联动控制实现T2 温度的相对恒定。
4.2.2 集热温差循环
当集热器温度T3 与水箱中的水温T1 温差≥5℃时，集热循环泵P1 启动，将集热器中热水打进水箱中，当两者温差≤2℃时，循环泵P1停止。
4.2.3 防冻循环
冬季当集热管路T4 中温度低于5℃时，集热循环泵P1 开启进行循环，将水箱内热水打进集热器；当集热器管道温度T4 升高至10℃时，系统控制关闭循环泵，以防止循环管路冻堵(冬季使用)。
4.2.4 高温断续循环
当集热器温度高于95℃，且仅高于水箱温度2~10℃范围内时，集热循环泵P1 每循环5 分钟，停20 分钟(防空晒炸管)。
4.2.5 辅助加热系统
当连续阴雨天气，太阳能温度达不到用水要求时，辅助能源启动，将水箱温度加热至设定温度时停止。
4.2.6 定时定温管道循环
在设定时间段内，当管道温度T6 低于设置温度5℃，电磁阀3 启动，当水箱温度达到设定温度时，电磁阀3 关闭。
4.2.7 电磁阀进水口前要安装过滤器，水平管道上的单向阀要用升降式，垂直管道上的单向阀要用旋启式。
4.2.8 停电保持
停电时，控制器内置电池可以维持系统时钟继续运行，可以连续运行1 年以上，系统运行参数可以永久保存。
4.2.9 宽电压工作
可以承受较宽的电压波动，耐高压、耐低压幅度较大。
4.2.10 安全防护
设有短路、过流、漏电、过温断电四种安全防护功能。
4.2.11 预留远程控制接口
4.3 集热器面积校核计算及说明
4.3.1 集热系统直接采光面积
4.3.2 集热系统安装说明
a. 两台相邻集热器间距300mm~500mm，方便施工和维修。
b. 固定说明：集热器支架与立支腿和水泥墩固定，集热器支架根据现场情况确定，安装集热器后，四周拉钢丝绳或采用角钢固定，需能抗10 级风载荷。
c. 避雷说明：太阳能系统安装必须有防雷措施，根据建筑的避雷情况及设备安装布置确定。
《中华人民共和国气象法》和中国气象局第3 号令《防雷减灾管理办法》明确要求：防雷产品及防雷设计方案必须具有相应资质和资格的防雷机构设
计、监管。专门的防雷装置，可以有效地避免太阳能热水系统遭雷击，从而保护用户的财产、人身安全不受损害。
热水系统防雷应注意以下几点：
(1)确认安装热水系统的建筑物的防雷系统是否合格，只有在建筑物的防雷系统合格的情况下，才可以给热水系统进行安装防雷装置；
(2)避雷针高度及安装位置应按照其要保护的范围来确定(由专业人员计算)；
(3)集热器、组合式水箱等金属部件必须与建筑避雷系统有可靠的金属连接，并且每台(每组)有两处与建筑物顶部的避雷带进行可靠焊接；
避雷针与避雷带进行可靠焊接；
(4)防腐处理：所有焊接点处涂防锈漆两遍，再涂银粉漆一遍，提高避雷针的防腐效果；
(5)防雷措施设计与安装应在专业人员的指导下进行，并到当地防雷部门办理备案。
5 经济技术分析报告
5.1 太阳能系统的年节能量计算公式
注：
1 标准煤的当量热值为29298kJ/kg；
2 电：3599.5kJ/kW·h；
3 燃油：46040kJ/kg；
4 天然气：35530kJ/m3；
5 工业煤：20934kJ/kg。
由表3 得：静态回收期：
相对燃油锅炉静态回收期：1.3年；
相对燃气锅炉静态回收期：2.2年；
相对电锅炉静态回收期：0.9 年；
相对燃煤锅炉静态回收期：4.8年。
注：静态回收期预算=(太阳能投资费用- 锅炉系统设备费用)/ 简单年节能费用；
简单年节能费用=太阳能集热器采光面上的年节能量×能源热价；
能源热价=(燃料价格/ 燃料热值)/ 锅炉设备效率。
