集中集热-分户储热太阳能热水系统的实例分析

时间：2024-09-03

潘雷

山东同圆设计集团有限公司

1 前言

随着政府对太阳能的热利用推广力度日益加大，全国各地相继制定了相关的强制政策。因此，开发商在楼盘的开发过程中也将安装太阳能热水系统作为重点来考虑，如何在高层住宅中合理有效利用太阳能是厂家及工程设计人员需要考虑的问题。对于高层住宅，目前采用的太阳能热水系统[1～2]有：阳台壁挂式分体太阳能系统、集中集热集中供热系统、集中集热-分户储热系统。由于高层住宅对外立面要求较高，阳台壁挂式分体太阳能系统的使用有一定的局限性；集中集热集中供热系统对后期物业要求较为苛刻，且对于高层住宅（12层以上）底层用户热水管路存在超压的可能。因此，集中集热-分户储热系统是目前高层住宅中比较常用的太阳能热水形式，本文结合日照某高层住宅，对此种太阳能系统的特点及使用要求进行了分析。

2 集中集热-分户贮热太阳能热水系统特点及管路设计

2.1 集中集热-分户贮热太阳能热水系统特点

集中集热-分户贮热太阳能热水系统是将集热器在建筑屋面集中放置，每户配置一套独立的贮热水箱，贮热水箱内置换热装置和电辅助加热装置，系统循环装置、控制装置、定压设备集中放置在设备间或楼顶。太阳能集热器将太阳辐射能转化为热能贮存在热媒水中，系统循环装置将热媒水输送至每户贮热水箱，通过贮热水箱中的换热装置将热能传递给每户贮热水箱中的生活热水，换热之后的低温热媒水流回集热器继续加热，通过往复间断循环将每户贮热水箱中的生活热水加热供用户使用。当太阳光照不足或贮热水箱中的水未达到设定温度时，用户可以使用贮热水箱内置的电辅助加热装置加热贮热水箱中的生活热水，满足用户24小时使用的需求。

2.2 目前常用的几种集中集热-分户贮热太阳能热水系统形式

1）集热回路为开式循环，主管路分为供水管、回水管两路，非同程连接，主管路进入住户时采用三通阀连接，如图1所示。

图1 开式循环集中集热分户储热太阳能热水系统

2）集热回路为闭式回路，主管路分为供水管、回水管、同程水管三路，同程连接，主管路进入住户时采用三通阀连接，如图2所示。

图2 闭式循环集中集热分户储热太阳能热水系统

3）集热回路为开式回路，主管路分为供水管、回水管、同程水管三路，同程连接，主管路进入住户时采用两通阀连接，如图3所示。

图3 开式回路(三路)集中集热分户储热太阳能热水系统

4）集热回路为开式回路，主管路分为供水管、回水管两路，非同程连接，主管路进入住户时采用两通阀连接，如图4所示。

图4 开式回路(两路)集中集热分户储热太阳能热水系统

2.3 集中集热-分户贮热太阳能热水系统管路设计的分析

在上述几种常用的管路设计方案中，不同的部分主要为以下几个方面：

1）集热回路是开式或者闭式。闭式一般为单泵，开式为双泵，即闭式系统中，集热循环和供热循环合二为一成大循环，而开式的双泵循环系统中，集热回路和供热回路相互独立，同时开式系统中设置电加热管用来作为极端天气下的防冻措施，闭式系统在通过充注防冻介质作为循环热媒，散热通过散热器或过热时释放热水的方式来实现散热。

2）供热循环回路采用双管路或者三管路系统。三管路设置是为了使热媒达到各户的路程一致，即同程管路，可使各户获得的热量均等。而双管路只能优先供给楼上或楼下的离热源最近的住户，因此会造成各户的用热水量不一致。

3）采用两通电磁阀或者三通电磁阀。随着对集中集热—分户贮热太阳能热水系统的深入研究，在该系统的应用中会面临一个问题，即电辅助加热的水可能释放到整个管网中为其他热用户作贡献。因此，安装一个电磁阀是非常必要的，安装电磁阀后，控制器把主回路干管中的热媒温度跟用户换热水箱内的温度进行对比，当干管中的热媒温度高于室内水温≥10℃时，电磁阀开启，允许热媒进入室内换热水箱中进行换热，将热量储存于室内水箱；反之，电磁阀关闭，避免室内热量散失到大回路中去。但如果采用两通电磁阀，在实际使用工程中可能会出现大回路堵塞的问题，会造成供热回路的断路。所以在单户热媒入口处安装三通换向阀是一个比较合理的选择。

通过上述分析，在本工程中设计了更加优化的方案，即采用带三通阀的开式同程循环系统，如图5所示。此种方案可以解决热量分配不均的问题，又可以防止循环管路冻结或过热，避免系统断路、循环水泵闷转等问题。

图5 采用带三通阀的开式同程循环系统太阳能热水系统

3 太阳能热媒循环管在公共空间内的设置

据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》[3、4]的要求，太阳能热水系统管线不得穿越其他用户的室内空间，应放置在公共空间内。因此，本工程在设计时将管道井尺寸适当加大，管井内除其他给水、供暖管线外，增加太阳能热媒供、回水管及同程管三根管线，各户的热媒循环支管从管道井内走垫层入户。设于管道井内的热水循环管，不占用户内空间，又便于维护检修。

4 工程运行状况及存在的问题

本工程太阳能热水系统已运行两年，从使用效果及用户反馈的意见看，达到了预期的效果。在运行中也存在一些亟待解决的问题，如个别用户热水换热水箱内的换热管有结垢现象，影响换热效果。经与太阳能热水器厂家沟通，这一现象比较普遍，很多厂家已着手解决这一问题，并研发出避免结垢的换热水箱，如搪瓷内胆热水箱等产品。因此，开发商及用户在选用热水器时应选用具有防止结垢的产品。