中石油科技創(chuàng)新基地物業(yè)用房太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

摘 要：簡要介紹中國石油科技創(chuàng)新基地建設(shè)用地位于中石油科技創(chuàng)新基地東北部，東起八達(dá)嶺高速公路綠化帶，西至原京包快速路綠化帶邊界。從項(xiàng)目背景、項(xiàng)目需求、工程技術(shù)方案、熱水系統(tǒng)的原理及控制運(yùn)行方式和設(shè)計(jì)中需要注意的問題等簡述了太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新基地；熱水系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；問題

1 項(xiàng)目背景

中國石油科技創(chuàng)新基地建設(shè)用地位于中石油科技創(chuàng)新基地東北部，東起八達(dá)嶺高速公路綠化帶，西至原京包快速路綠化帶邊界。本項(xiàng)目用地面積2.3萬平方米，總建筑面積約4.2萬平方米，地上約3.54萬平方米，地下約0.66萬平方米，由物業(yè)綜合樓、科技員工餐廳、物業(yè)員工餐廳、物業(yè)員工宿舍、北石廠員工倒班公寓五大部分組成。本工程屬多層民用建筑。

2 項(xiàng)目需求

本工程有熱水需求的項(xiàng)目比較零散，分別如下：地上三個(gè)餐廳（物業(yè)員工餐廳、科技員工餐廳、北石廠員工餐廳）、三棟宿舍樓（物業(yè)男/女宿舍、北石廠員工宿舍）及地下洗衣機(jī)房。其中，洗衣機(jī)房設(shè)備需要的熱水溫度各不相同，考慮到洗衣設(shè)備自帶加熱設(shè)備，故只需給洗衣機(jī)房預(yù)留冷水接口，由洗衣機(jī)房設(shè)備自行加熱。由于熱水使用方為三個(gè)不同的單位，在后勤管理上要盡量做到分開管理，但由于造價(jià)的原因不能分設(shè)三套系統(tǒng)，必須采用一套系統(tǒng)統(tǒng)一供水，分開計(jì)量。

3 工程技術(shù)方案

3.1 熱水量計(jì)算

熱水量計(jì)算以60°熱水計(jì)算，食堂只提供午餐、晚餐，按一日兩次計(jì)算。用水定額的取值，按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50555-2010）的標(biāo)準(zhǔn)選取。各單體建筑熱水需求量計(jì)算表如下（表1）：

3.2 熱水系統(tǒng)

根據(jù)《北京市太陽能熱水系統(tǒng)城鎮(zhèn)建筑應(yīng)用管理辦法》【京建法（2012）3號(hào)】，考慮經(jīng)濟(jì)因素，以及項(xiàng)目市政條件，最終確定采用強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)、直接換熱系統(tǒng)。

由于后勤管理盡量分開，集熱器與供熱水箱采用分離式設(shè)計(jì)。在物業(yè)男/女宿舍、北石廠員工宿舍這三棟建筑物屋頂安置集熱板，供熱水箱設(shè)置在地下一層熱水機(jī)房內(nèi)。本項(xiàng)目采用燃?xì)忮仩t，作為太陽能熱水系統(tǒng)的輔助熱源。

3.3 太陽能熱負(fù)荷計(jì)算

3.3.1 太陽能集熱系統(tǒng)

因真空管集熱器具有保溫性能好，低溫?zé)嵝矢撸湮障禂?shù)可達(dá)到94%～96%，輻射系數(shù)小于6%，適合在北方地區(qū)使用，故本項(xiàng)目采用真空管集熱器。

依據(jù)上述規(guī)范，具有多個(gè)不同使用熱水部門的單一建筑或具有多種使用功能的綜合性建筑，當(dāng)其熱水由同一熱水系統(tǒng)供應(yīng)時(shí)，設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量，可按同一時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)用水高峰的主要用水部門的設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量加其他部門的平均小時(shí)耗熱量。本項(xiàng)目主要用水部門為宿舍用水，用水時(shí)段為18-20時(shí)，此時(shí)其他部門均為非用水高峰時(shí)段，故設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量為宿舍用水設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量加餐廳平均小時(shí)耗熱量。計(jì)算得設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量Qh=2.6×106kJ/h。

3.3.3 儲(chǔ)熱水箱容積計(jì)算

根據(jù)《太陽能熱水系統(tǒng)施工技術(shù)規(guī)程》DB11 T 461-2007，供熱水箱Vgr=1.5×2.6×106/（60-15）*4.187*0.9863*1000=21m3，由于Vgr<0.4Vrx，且本項(xiàng)目使用人數(shù)較多，使用時(shí)間較集中，故采用單水箱供熱系統(tǒng)，減少造價(jià)。

水箱總?cè)莘e取75m3，5m（長）×5m（寬）×3m（高），有效容積55m3。

4 熱水系統(tǒng)的原理及控制運(yùn)行方式

太陽能是綠色清潔環(huán)保的熱源，本工程選用太陽能集熱系統(tǒng)與燃?xì)忮仩t共同組成熱源。熱水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮太陽能熱水利用，太陽能制熱不足的情況下開啟輔助熱源補(bǔ)充供水。系統(tǒng)在不同監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)備上安置了流量、溫度、濕度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)采集。

太陽能集熱系統(tǒng)采用溫差循環(huán)供水方式，當(dāng)太陽能集熱器頂部溫度與出熱水箱溫度差Δt≥8℃時(shí)，啟動(dòng)熱水自動(dòng)循環(huán)泵；當(dāng)Δt≤4℃時(shí)，循環(huán)泵停止運(yùn)行。冬季寒冷季節(jié)，當(dāng)管道溫度低于5℃時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)防凍功能，熱水循環(huán)泵啟動(dòng)，當(dāng)管道溫度升至10℃時(shí)，循環(huán)泵停止工作。系統(tǒng)原理見圖1。

5 設(shè)計(jì)中需要注意的問題

①太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，管道供水的熱損失通常被忽略。集熱管道或熱水管道輸送距離較長的情況下，如果管道損失過大，可能導(dǎo)致熱水循環(huán)泵全天啟動(dòng)，增加耗能。本項(xiàng)目以DN50的管道，250米計(jì)算，因設(shè)計(jì)熱水供水溫度60℃，回水溫度50℃。管道輸送60℃熱水250米損失的溫度約為2℃，故現(xiàn)有設(shè)計(jì)供、回水溫度設(shè)計(jì)合理。

②對規(guī)范中公式的正確選用。全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)并非特指24小時(shí)供水，而是指用水部門在用水時(shí)間內(nèi)需要隨時(shí)供應(yīng)熱水。規(guī)范中全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)與定時(shí)供應(yīng)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量，在某些情況下，計(jì)算結(jié)果相差很大。

③集熱器總面積定義。目前世界上的測試太陽能集熱器的標(biāo)準(zhǔn)為歐盟的EN12975，我們中國采用GB19141等標(biāo)準(zhǔn)，里面含有多個(gè)面積的定義。所以在設(shè)計(jì)和應(yīng)用的時(shí)候需要分清楚，集熱器總面積是太陽光投射到集熱器的最大有效面積（包括了真空管間距，不包括邊框部分），有時(shí)稱為輪廓采光面積。

④管道的合理設(shè)計(jì)。管道的設(shè)計(jì)特別重要，如果系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)不合理容易出現(xiàn)水頭阻力太大，出水量小，熱水供應(yīng)量不足，有時(shí)可能出現(xiàn)熱水短路等問題。嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，管道設(shè)計(jì)上盡量要求水路平衡，管道口徑要求與系統(tǒng)設(shè)計(jì)匹配，計(jì)算管道合理流量。

⑤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要因素，通過它可以對熱水工程進(jìn)行智能化控制。合理設(shè)置系統(tǒng)的信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，能優(yōu)化系統(tǒng)控制，從而降低故障率。另外，電氣系統(tǒng)具有一定的不穩(wěn)定性，而選擇合適的控制方式及生產(chǎn)廠家，可有效減少系統(tǒng)故障率。

作者簡介：

田森，1982年出生，中國建筑科學(xué)研究院，主任工程師，中級(jí)職稱。