昆明地区高层住宅太阳能热水系统设计

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第27卷第24期中国给水排水Vol．27No．242011年12月CHINAWATER＆WASTEWATERDec．2011昆明地区高层住宅太阳能热水系统设计余广鹓，尹译东(昆明市建筑设计研究院有限责任公司，云南昆明650041)摘要:太阳能热水系统在多层居住建筑中已得到了广泛推广和运用，但在高层住宅中，采用太阳能热水系统的并不多见。结合实践工程，介绍了在高层住宅中应用太阳能热水系统的两种方式以及辅助热源的选择，并重点介绍一种新型热水系统循环方式———套管自循环技术，该技术解决了集中热水供应系统的一些弊端，优化了供水系统，既充分利用了太阳能，又满足了用户对热水的高品质要求，并极大地节约了循环系统的能耗。关键词:太阳能热水系统;集中供热;辅助热源;内置循环管中图分类号:TU991文献标识码:C文章编号:1000－4602(2011)24－0043－04DesignofSolarHotWaterSystemforHigh-riseResidentialBuildingsinKunmingAreaYUGuang-yuan，YINYi-dong(KunmingArchitecturalDesignandResearchInstituteCo．Ltd．，Kunming650041，China)Abstract:Solarhotwatersystemhaswidelybeenpromotedandusedinmulti-storeyresidentialbuildings，buthasrarelybeenseeninhigh-riseresidentialbuildings．Combinedwithanengineeringpractice，twowaystoutilizesolarhotwatersysteminhigh-riseresidentialbuildings，theselectionoftheauxiliaryheatsource，speciallyanewtypesolarhotwatercirculationtechnology(built-incirculartube)areintroduced．Thetechnologyovercomessomeshortcomingsofthecentralhotwatersupplysystemandoptimizesthewatersupplysystem．Itmakesfulluseofthesolarenergy，meetsthehigherqualityrequire-mentoftheuser，andgreatlyreducesenergyconsumption．Keywords:solarhotwatersystem;centralheating;auxiliaryheatsource;built-incirculartube2昆明地区独特的地理位置和气候特点，使得太侧，总用地面积为2．03hm。项目地上部分建筑面2阳能热水器应用较广泛，已有近30年的历史，积累积为10．3hm，建成后主要为商品住房，地上一层了许多经验和教训。近年来，随着国家、省、市各级为商铺及社区服务用房，二层为住宅和部分商铺，三政府对节能工作、再生能源利用的高度重视，相继出层以上楼层均为住宅。住宅每户卫生间配置有一户台了一系列配套的鼓励性政策和强制性法规，进一一卫或一户两卫。以其中12栋33层的高层住宅为步推动了太阳能热水系统的蓬勃发展，各种安装方例(标准层每层8户，共计256户住户)，探讨高层式及系统组合层出不穷，特别是将太阳能热水供应住宅太阳能热水系统的设计。系统应用于高层住宅热水供应方面得到了较大发1系统类型展，这在全国也是比较领先的，笔者结合昆明市盘龙昆明地区太阳能热水供应系统运用于住宅通常区新发村城中村改造项目5－1号地块进行阐述。5有两种系统形式:一种是分户独立热水供应系统，即－1号地块位于昆明市穿金路与白云路交叉口北每户有独立的集热器、热水箱(循环加热水箱)、供43 第27卷第24期中国给水排水www．watergasheat．com水管网和计量表具以及各自独立的辅助热源，考虑使用范围，并不能对节能作出贡献，反而会造成供水到投资和物业管理问题，供水系统一般不做循环。和循环管线能耗损失增加，不节能且投资也相应增第二种是集中热水供应系统，即采用集中的集热器加，所以本项目太阳能集中供热热水系统的供应范阵列、总循环水箱、集中储热水箱，配置集中辅助热围为26～33层，共计8层。源，采用干管配水、支管减压、分户计量方式供水，该3辅助热源的选择系统一般应考虑横干管和立管采用机械循环。太阳能是一种低密度不可靠能源，为保证热水分户独立系统一般不做循环系统，故必然带来系统的正常运行，必须配置合适的辅助热源，合理选水资源浪费的问题，且由于受安装高度和位置影响择辅助热源控制系统的总能耗也极其重要。空气源集热器循环较差，从而使系统热能率较低。对于大热泵在广大北方地区和阴冷潮湿的南方地区，运行型项目采用集中热水供应系统是比较合理的技术方效果不理想，但在昆明地区就非常适合采用空气源案。故本项目采用集中热水供应系统。热能作为辅助热源。根据昆明地区气候条件，空气2太阳能热水系统的供应范围分析源热泵的效率COP值常年可保证在3．0～4．0之2.1当地的气候条件间，效率非常高，系统简单，安装维护方便。而且在昆明地区常年气温均高于8℃，极端低温(0～《云南省节能建筑设计标准》中，将空气源热泵定义4℃)时间不超两周且太阳能热水器按全年使用考为节能设备，故本项目采用空气源热泵作为集中供虑。昆明年平均温度为14．90℃，最热月平均气温热系统辅助热源。为19．9℃，最冷月平均气温为8．1℃。日照情况:4水压平衡年太阳能日照有效天数≥240d，年辐射量≥5000热水系统除系统本身供水和循环系统的合理设2MJ/m，根据以上设备参数，通过计算、试验数据和计外，冷、热水压力平衡也是一个非常重要的问题，规范，可知昆明太阳能集热器单位采光面积产热水解决不好将严重影响用户的正常使用。在昆明地区2量约为60L/(m·d)。高层住宅冷水供应的二次加压基本上采用变频泵组2.2太阳能集热器的选型及其有效采光面积分区加压实现，是下行上给方式;而集中太阳能热水根据昆明气候条件，平板型集热器适应性强、效供应方式是采用屋面热水箱重力流上行下给方式供率较高。与真空管型太阳能集热器相比，平板型集水。若设计不合理，冷、热水压力通常都不平衡，为热器低温集热性能较好、温升时间短、产热水快，而了简化热水主立管的供应及循环，采用各用户支管且安装尺寸相对紧凑，异型板型加工方便，在有限的设可调式减压阀的办法来调整冷热水压差，该法最安装空间内可最大限度地增加安装面积，并且不易为简单可靠，节约投资。根据《建筑给水排水设计破损，便于运输和安装维护。故本项目采用本地所规范》(GB50015—2003，2009年版)要求:居住建筑产平板型集热器。入户管给水压力不应大于0．35MPa。结合昆明市2.3屋顶可供安装太阳能集热器的有效面积太阳能利用相关规定、工程实践经验和生活给水分该项目高层住宅屋顶实际能摆放太阳能集热板区情况，本工程太阳能集中供热系统服务范围为262的有效面积约为280m，通过公式Ajz=qrmCρr(tr－～33层共8层的住户，每层高为2．9m，从屋顶热水t1)f/［Jtηj(1－ηl)］可反算出用水人数m=AjzJtηj箱流出的热水到26层产生的静水压约为0．25MPa，(1－ηl)/qrCρr(tr－t1)f=280×15．736×0．415×(1满足规范要求，同时将冷水给水分区高区也设计为－0．3)/［60×4．187×0．9837(60－7)×0．5］≈26～33层，使之与热水的给水分区相同，从而在尽195人(热水温度为60℃，冷水温度为7℃)。系统量简化系统的基础上保证了生活冷热给水的水压基设计日热水用水定额取《建筑给水排水设计规范》本平衡。(GB50015—2003，2009年版)中热水用水定额偏下5新技术的运用限(即60L/d)，按照3人/户的标准，约为65户，即从昆明地区已运行的集中热水供应系统实际运太阳能满足26～33层共8层64户的热水需求。由行效果来分析，主要采用常规机械循环的方式，效果于在屋顶可供安装太阳能集热器的面积是有限的，也比较好，但该方式最大的问题是运行费用、能耗太阳能集热器产生的热水量也是固定的，人为扩大高，特别是在住宅入住率较低时摊入单位水价中的44 www．watergasheat．com余广鹓，等:昆明地区高层住宅太阳能热水系统设计第27卷第24期能耗费用高，导致愿意使用的用户数不多，从而使单高层住宅小区中得到成功应用，效果良好，本项目也位水价较高，进而使用户数更少，水价更高，由此进采用了套管自循环技术。入一种恶性循环的怪圈，最终可能使整套系统完全6项目节能效应分析停止运行，设备报废。如何控制热水系统的运行费本项目为33层高层住宅，26～33层的住户采用是一个比较麻烦的问题，长期以来未有较好的解用集中太阳能热水供应系统，标准层有8户住户，8决方案。最近云南某科技公司在热水系统循环方式层共有64户，按照3人/户计算，供给用水人数为上做出了创造性的改革，推出了套管自循环专利技192人，热水温度为60℃，冷水温度为7℃。系统术，较好地解决了以上问题，套管自循环系统原理见设计日热水用水定额取《建筑给水排水设计规范》图1。(GB50015—2003，2009年版)中热水用水定额偏下限，即60L/d。根据上述条件计算得设计日用热水量:60×1923=11520L/d≈11．5m/d。设计小时热水量:60×192×4．8/24000=2．303m/h。2采光面积为280m的集热器可产热水量约为311．7m/d，每日的总供热量约11700×4．187×53×1=2596359kJ/d，昆明地区太阳能日照有效天数按240d计算，一年集热器产生的热量约为623126088kJ。经过计算，本项目局部采用太阳能热水系统后，每栋高层住宅一年可节约21．26t的标准煤，减少了53t的二氧化碳排放量。项目总共有3栋高层住宅建筑，一年可节约63．78t的标准煤，减少了159t的二氧化碳排放量，达到了节能要求，同时为节能减排作出了贡献。7项目综述本项目采用两种方式供应热水(见图2)，其中23～33层的住户采用集中太阳能热水系统，其余各图1运行原理层采用家用空气源热泵满足用户热水供应需求，该Fig．1Operationprinciplediagram热水供应的组合方式，充分发挥了各种供热方式的该循环系统有以下特点:优点，满足了节能设计的要求。为了提高热效、节约①主供水管与循环管共用一根立管，采用内用水和保证用户随时取到所需热水，集中太阳能热3置循环回水管的方式实现，不需设专用循环管，节能水供应系统采用双水箱系统，设置一个8m太阳能3效率高。循环加热水箱和一个10m生活热水箱，供水先进②循环管不单独保温，减少了投资并最大限太阳能循环加热水箱，利用太阳能将冷水加热后，达度减少了热量损失，降低了常年能耗和费用。到设定温度时或生活热水箱水位有所下降时，再送③安装位置相对节省空间。入生活热水箱。生活热水箱随时贮存设定温度的热④循环泵所需扬程较小，减少能量消耗，降低水，当由于用水或自然降温带来温度下降时，由辅助了热水费用。热源加热至设定温度，然后通过热水供水干管供给⑤循环效果有保障，系统调试方便，减少了出各住户热水，热水干管内置循环回水管，以自然和机现循环短路的可能性。械的方式进行干管循环，循环热水干管中热水温度该技术在昆明已建成的空间俊园、七彩俊园等能随时满足住户热水用水要求，极大减少了水资源45 第27卷第24期中国给水排水www．watergasheat．com的浪费。8结语在太阳能丰富和较丰富的广大地区，太阳能热水供应系统的发展日新月异，但成熟应用于高层住宅的集中供热系统并不多见。该工程通过热水循环系统的改造，极大地降低了运行成本。在居民电价为0．45元/(kW·h)的条件下，合理设置太阳能供3水系统，可控制热水加热成本在5～6元/m左右，得到广大用户的接受和支持，在实际工作中具有一定推广价值。参考文献:［1］赵世明，高峰．生活热水太阳能集热器面积的确定［J］．中国给水排水，2009，25(20):28－30，33．图2热水供应系统E－mail:ghysuperman@163．comFig．2Hotwatersystemdiagram收稿日期:2011－08－10櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵(上接第42页)控、录像、环境数据、系统信息等功能分成相应的软时运行的水泵数量以满足配电功率的限制和下游污件模块，使系统能更充分地适应用户监控的需要。水管网流量，减少了管网流量波动对污水处理厂的网络视频服务器上能本地存储视频数据。冲击。在泵站的围墙上设置主动红外对射式探测器，③在线水质监测系统作为水质源头监管的主周界全面设防，无盲区和死角，防范非法翻越围墙或要手段，在规范排污企业排污行为、水质预警方面起栅栏，当发生非法翻越时，发出报警信号，探测器可到良好的作用。一方面大大降低了污水水质超标的立即将警情传送到控制中心。风险;另一方面当出现局部区域部分指标异常波动3运行效果时，可有效发挥预警作用，下游污水处理厂可根据相无锡新区污水收集系统信息管理工程2008年应的波动指标预警启用临时碳源投加、加大除磷药底开始实施，目前污水管线信息系统、污水泵站综控剂储备等应急措施，确保污水处理厂出水水质稳定系统、智能巡检系统、在线水质监测系统以及视频监达标。控防盗系统等主要功能模块已经建成并投入使用，④污水管网实施信息化管理后，整个排水系在保证污水处理厂稳定达标、提高领导决策能力、强统实现了统一调度管理，提高了应对突发事件的快化管理、减员增效等诸多方面上发挥了积极作用。速反应能力，获得了良好的社会效益。①排水管线信息系统结合智能巡检系统，规参考文献:范巡检流程，通过养护车辆GPS、养护现场负责人［1］邝诺，王欢欢，李骥．北京城市排水管网管理系统的设PDA，直接与控制中心联系，有效地提高响应速度和计与应用［J］．中国给水排水，2011，27(8):71－73．处理效率，提升管网养护的科学化水平。②泵站自动化系统根据工艺要求，变频控制E－mail:xuemin@wxmedi．com集水池水位，维持水泵工况在高效区运行，并限制同收稿日期:2011－06－0246