聯(lián)集管太陽能熱水工程質(zhì)量管控與冰雹災(zāi)害防護(hù)研究

李彥華 陳國昌 印濤 孫業(yè)科

【摘要】太陽能熱水系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單技術(shù)專一，很多細(xì)節(jié)問題易被忽視，嚴(yán)重影響著用戶的使用效果和太陽能行業(yè)的健康發(fā)展，本文就工程質(zhì)量管控與冰雹災(zāi)害防護(hù)進(jìn)行研究探討以期與同行共勉。

【關(guān)鍵詞】太陽能；熱水工程；質(zhì)量管控；冰雹災(zāi)害防護(hù)

Union of tube solar hot water project quality control and the hail disaster protection research

Li Yan-hua，Chen Guo-chang，Yin Tao，Sun Ye-ke

（Unit 96531LuoyangHenan471031）

【Abstract】Solar hot water system because of its simple structure technology is single-minded， details easily neglected， seriously affecting the use effect of the user and the healthy development of the solar industry， in this paper， the engineering quality control and research of hail disaster protection in order to share with colleagues.

【Key words】Solar energy；Hot water engineering；Quality control；The hail disaster protection

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活水平得到了快速提高，社會生產(chǎn)和居民生活對熱水的需求量亦與日俱增，加之不可再生能源儲量有限和對環(huán)境的嚴(yán)重污染，太陽能作為新興清潔能源更加得到人類的重視和青睞。太陽能熱水系統(tǒng)的分類方式很多，僅以其集熱部分的材料與結(jié)構(gòu)不同大致可分為戶（單元）式系統(tǒng)、板聯(lián)式系統(tǒng)和聯(lián)集管式系統(tǒng)等三大類，目前工程中又以聯(lián)集管式太陽能熱水系統(tǒng)最為常見。

1. 基本結(jié)構(gòu)組成

聯(lián)集管式太陽能熱水系統(tǒng)主要由玻璃管集熱模塊組合、儲熱水箱、循環(huán)泵組、集中控制系統(tǒng)、支架及閥門管道連接而成（見圖1太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行）。

2. 工作原理

安裝在支架上的真空管集熱模塊組合以太陽輻射為主要能源，在冷水正常供應(yīng)的條件下，通過一定強度和一定時間的日照，集熱模塊組合可以產(chǎn)生一定溫度的熱水，當(dāng)集熱模塊的最低點和最高點的水溫達(dá)到設(shè)定溫差時，循環(huán)泵組在控制系統(tǒng)的作用下開始運行，直至溫差消失，同時集熱模塊組合進(jìn)入下一個加熱循環(huán)。由此整個系統(tǒng)便能在集熱模塊組合持續(xù)加熱和循環(huán)泵組根據(jù)溫差間歇運行的共同作用下，達(dá)到使儲熱水箱內(nèi)水溫逐步提升的目的和效果。根據(jù)理論計算和工程實測證明：在環(huán)境溫度達(dá)到15℃以上，日均太陽輻照量達(dá)到20MJ/m2以上（北方陽光資源較好的地區(qū)，夏季晴好天氣），入口冷水溫度15℃時，每平米產(chǎn)生45℃～50℃熱水約60～80Kg；當(dāng)環(huán)境溫度在0℃左右時，日均太陽輻照量18MJ/m2（北方陽光資源較好地區(qū)，冬季晴好天氣），同樣入口冷水15℃，每平米產(chǎn)生45℃左右熱水約40～60Kg。

3. 工程案例

3.1案例情況簡介。

某小區(qū)位于河南中西部北臨黃河，規(guī)劃16層住宅樓數(shù)棟，頂層檐口高度49.5M。設(shè)計熱水系統(tǒng)為：冬季利用市政高溫?zé)崴詡鋼Q熱機組不間斷供水，各單元底部設(shè)單元循環(huán)泵一組，供水方式為上供減壓模式；其他季節(jié)為屋面聯(lián)集管太陽能集中供水，管道與冬季系統(tǒng)連接（見圖2單元系統(tǒng)示意圖）。項目劃分三個標(biāo)段由三個品牌的供應(yīng)商供貨并負(fù)責(zé)安裝調(diào)試。

3.2存在質(zhì)量問題。

經(jīng)調(diào)試和初期使用證明三個品牌系統(tǒng)在安裝質(zhì)量及運行可靠性等方面有著較為明顯的差距，經(jīng)過兩個年度的運行和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)不少問題需要研究探索。

（1）整體布局不合理，系統(tǒng)邊緣距女兒墻距離和系統(tǒng)底緣距屋面高度都太小，嚴(yán)重影響工程收尾施工和后期維護(hù)（見圖3距女兒墻距離太小、圖4距屋面距離太小）。

（2）基礎(chǔ)支敦未座在結(jié)構(gòu)層上而直接座在屋面面層上，會導(dǎo)致保溫層局部受壓收縮和防水層受損?；A(chǔ)支敦未用砼澆注而用磚或其他材料砌筑強度和壽命不能滿足要求（見圖5支敦直接座在屋面面層上、圖6磚砌支敦材料強度不滿足要求）。

（3）儲熱水箱形狀結(jié)構(gòu)選擇不合理，安裝高度不當(dāng)，導(dǎo)致頂層供水壓力不足；水箱管路接口位置設(shè)置不當(dāng)，影響有效儲水量；水箱內(nèi)、外未設(shè)置人梯影響檢修維護(hù)安全。

（4）支架不牢防風(fēng)能力差導(dǎo)致真空管損壞；管路保溫層厚度不足，保護(hù)層質(zhì)量低劣，法蘭及活接未作標(biāo)示；管路坡度不合理，不能滿足放空及排污要求。

（5）系統(tǒng)控制系統(tǒng)制作安裝粗糙質(zhì)量低劣，電磁閥、電動閥、循環(huán)泵選型與系統(tǒng)要求不匹配，導(dǎo)致溫度過高噪聲過大；防雷接地可靠性不夠，未與建筑避雷網(wǎng)可靠連接。

（6）系統(tǒng)設(shè)計未考慮反沖洗和除垢功能，管路沖洗困難、結(jié)垢嚴(yán)重。

4. 質(zhì)量管控與運行維護(hù)措施

為避免和有效減少質(zhì)量問題的出現(xiàn)，保證太陽能系統(tǒng)的運行效果和使用年限，需在工程各階段嚴(yán)格質(zhì)量管控。

4.1招投標(biāo)階段。

（1）對競標(biāo)單位資質(zhì)、企業(yè)信譽度及施工能力水平等方面進(jìn)行嚴(yán)格審查，避免不良企業(yè)參與競標(biāo)。

（2）標(biāo)段劃分不宜太多，否則會給施工監(jiān)管帶來麻煩，同時增加運行維護(hù)的難度。

（3）招標(biāo)文件的技術(shù)要求須詳細(xì)具體全面，如水箱的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)規(guī)格，管道的材質(zhì)，閥門、開關(guān)、儀表等部件的品牌等級，支架用料的材質(zhì)型號及連接方式等均須明確。

4.2深化設(shè)計階段。

4.2.1嚴(yán)格研究審查中標(biāo)單位提供的深化設(shè)計方案及施工組織設(shè)計，通過仔細(xì)審閱平面圖、立面圖、系統(tǒng)圖、效果圖，確定設(shè)備管線的位置標(biāo)高和相互關(guān)系，考察系統(tǒng)與建筑主體外觀的協(xié)調(diào)性等。

4.2.2嚴(yán)格循環(huán)泵、儲熱水箱及重要閥部件等主要設(shè)備材料的選型定型：

（1）循環(huán)泵的品牌型號選擇非常關(guān)鍵，功率過小不能滿足使用需求；功率過大不僅造成投資成本運行費用增加，而且調(diào)試?yán)щy嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命。

（2）儲熱水箱應(yīng)在現(xiàn)場條件允許時優(yōu)先選擇圓柱形。圓柱形水箱具有結(jié)構(gòu)簡單、用料經(jīng)濟(jì)、焊縫少、宜保溫、好清理、使用壽命長等優(yōu)點。根據(jù)底面積大小應(yīng)在底部適當(dāng)位置設(shè)集垢坑便于排垢維護(hù)。水箱頂部宜做成錐形，以防積水浸入保溫層影響保溫效果。水箱內(nèi)、外部亦須設(shè)置人梯以便于維護(hù)時使用。

（3）電控元件及纜線不得選擇低劣品牌產(chǎn)品，纜線保護(hù)及安裝必須符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，所有電控閥門應(yīng)優(yōu)先選擇電動閥而不宜選擇電磁閥。

4.3施工階段。

（1）現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控人員必須學(xué)習(xí)和了解相關(guān)知識及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，掌握施工程序和關(guān)鍵技術(shù)，認(rèn)真組織工廠預(yù)制件的出廠驗收和設(shè)備材料進(jìn)場驗收并注意現(xiàn)場成品保護(hù)。

（2）太陽能系統(tǒng)安裝人員要積極做好與建筑施工的穿插配合，認(rèn)真組織系統(tǒng)基礎(chǔ)的定位與施工，應(yīng)在屋面保溫及防水施工前完成基礎(chǔ)施工。放線定位時要結(jié)合現(xiàn)場情況全面考慮、合理布局，為下步施工作業(yè)及系統(tǒng)維護(hù)預(yù)留足夠操作空間。

（3）支架安裝前應(yīng)檢驗基礎(chǔ)的平整度，支架連接固定宜選擇螺栓連接，若選擇焊接時須做好焊縫防腐處理，所有交接點必須牢固可靠。

（4）管道及其閥門部件的安裝必須符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范和使用需求，其重量不應(yīng)由聯(lián)集箱承負(fù)。各管道安裝時應(yīng)保持一定坡度，確保系統(tǒng)檢修和維護(hù)時管內(nèi)積水可徹底排空。

（5）集熱模塊上連管上方應(yīng)加裝避雷網(wǎng)并與建筑避雷網(wǎng)可靠連接。真空管極易破碎，應(yīng)在系統(tǒng)管道全部安裝完畢后安裝，然后再進(jìn)行系統(tǒng)試水，真空管安裝時應(yīng)保證管尾端高于其插口端3MM，形成坡度以便于排垢。

（6）循環(huán)泵的安裝位置應(yīng)選在便于操作維護(hù)且不影響通行的地方，同時還應(yīng)加裝防雨棚并采取相應(yīng)的減振措施（見圖7循環(huán)泵防雨棚及減震）。水箱的安裝高度也有一定要求，其頂部應(yīng)低于集熱模塊的上連接管，底部應(yīng)高于集熱模塊的下連接管（見圖1）。

（7）在每組（串）聯(lián)集箱的底部須順聯(lián)集箱安裝外通閥，以備系統(tǒng)放空排污和反沖洗使用。反沖洗管可由水箱進(jìn)（補）水管引出與集熱模塊上連管相連并用閥門斷開，通過調(diào)節(jié)沖洗管及水箱補水管上兩處閥門的啟閉，來實現(xiàn)系統(tǒng)反沖洗與水箱補水兩項功能的轉(zhuǎn)換（見圖1）。

4.4運行維護(hù)。

（1）運管人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，掌握各管路、閥門部件的位置、走向、功能及操控要領(lǐng)。

（2）管道保溫層表面應(yīng)設(shè)置水流方向標(biāo)識，在閥門、法蘭和活接等部位應(yīng)單獨保溫并設(shè)明顯標(biāo)示以便檢修。

（3）根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)和使用頻率等實際情況，定期檢查維護(hù)，確保系統(tǒng)運行正常。整個系統(tǒng)每年應(yīng)至少進(jìn)行一次反沖洗排垢維護(hù)，有條件時還可在系統(tǒng)中安裝永磁除垢器以緩解結(jié)垢現(xiàn)象。

5. 冰雹災(zāi)害防護(hù)

5.1冰雹災(zāi)害案例。

集熱管的機械強度與集熱管的原料、生產(chǎn)工藝、厚度、外徑等內(nèi)在因素有關(guān)，有的品牌承諾可抗擊2.5CM的冰雹打擊。2015年5月6日當(dāng)?shù)卦庥龃箫L(fēng)冰雹強對流天氣，冰雹直徑達(dá)3.5CM，有轎車天窗受損報道，該工程太陽能集熱管受損260只，占總數(shù)的2.5%造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失并影響工程使用。

5.2受損情況分析。

太陽能集熱管豎置狀態(tài)（家用式）比橫置狀態(tài)（聯(lián)集管）的抗垂直打擊能力強50%，但因其積污嚴(yán)重排污困難不適合家用以外的工程體系。通過理論分析，47是58集熱管抗垂直打擊能力的1.5倍，另外，集熱管抗垂直打擊能力與集熱模塊的設(shè)計安裝角度有關(guān)（如圖8集熱管安裝角度與受受冰雹打擊面關(guān)系及護(hù)措施圖）。

5.3預(yù)防措施。

（1）招標(biāo)采購時優(yōu)先選擇直徑47集熱管。

（2）深化設(shè)計時選擇大角度安裝（如圖8）。

（3）設(shè)計并安裝30×30×3MM波型鍍鋅鋼板網(wǎng)。