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集中集熱、分戶供熱太陽能熱水系統在政府安置房的應用
□江蘇雙能太陽能有限公司 賁道發 鄭寬軍 關玲
在全球能源日益緊張的今天，太陽能作為一種無處不在、取之不盡、用之不竭、潔凈無污染的能源正日益受到人們的重視，被廣泛應用與推廣。據報載，目前世界各國都在實施自己的“陽光計劃”，如德國政府宣布推行“十萬屋頂”計劃，中國政府的“強制安裝令”政策等，都是鼓勵太陽能熱利用發展的舉措，也推進了節能減排，對改善人類生存空間、保護環境具有重要意義。然而，隨著城市化進程的加速，高層建筑日益增多，如何實現太陽能與建筑的完美結合成為行業內探討的重要話題。
近兩年，隨著技術的日益成熟，一種新的太陽能熱水系統模式——集中集熱、分戶供熱系統正逐漸受到越來越多熱水需求方的青睞。浙江湖州楊家埠•民和花園熱水系統項目，由江蘇雙能太陽能有限公司設計、施工，采用的即是集中集熱、分戶供熱系統。
1 項目概況
浙江湖州楊家埠•民和花園熱水系統項目，是政府安置房工程，吸引了眾多知名企業參與競標，江蘇雙能太陽能有限公司憑借雄厚的企業資質、科研技術及優良的技術方案一舉中標，承接此工程項目。
楊家埠•民和花園位于湖州城郊，距市中心僅10km，交通便利。共有住宅樓 35棟，總戶數976戶。項目地處太陽能資源豐富區，日照時間較長，陽光充足。
2 系統介紹
該太陽能熱水系統以實現高層建筑一體化為基礎，提供高效率的太陽能熱利用解決方案。采取集中集熱、分戶供熱模式，系統獨立運行，由太陽能集熱器、中繼水箱、水泵、用戶換熱水箱、控制柜等組成。集熱器集中安裝在屋頂，中繼水箱、太陽能循環泵、控制柜安裝在樓頂設備層；用戶換熱水箱為100L，安裝在每戶的衛生間內，通過立管與太陽能系統連接，形成換熱回路。
2.1 設計要求
1）安置房樓層高、人口密集，其設備安裝必須要有更高的安全性要求；
2）安置房面對低收入者，政府的資金有限，要更經濟實用；
3）太陽能設備的運行要穩定、維護要簡單；
4）太陽能要與建筑物統一、協調，不影響美觀。
2.2 系統原理
為保證24小時熱水供應，太陽能加熱循環系統采用“定溫不定量”的設計原理，最大化利用太陽能，最小化使用輔助熱源，用介質循環熱損最小化設計。并通過膨脹水箱調節控制，太陽能集熱器介質要先經中繼水箱，再由太陽能儲熱水箱至用水管網，期間溫度不夠可由輔助熱源加熱來實現用水，以此把太陽能的熱能充分利用。
2.3 系統優勢
1）太陽能集熱器集中安裝于屋頂采光最好的位置，既最大化地利用了太陽能資源，又實現了與建筑的完美結合；
2）系統運行費用主要是太陽能循環水泵的電耗，公攤費用低，可納入樓宇基礎公攤解決，不需安裝分戶計量熱表，無熱水收費管理難題；
3）用戶根據需要自行決定是否開啟電加熱裝置，不需電力增容；
4）系統智能化運行，實現無人值守，且控制參數可以設定，任意控制溫度，保證熱水供應。
2.4 設備選型
2.3.1 集熱器選型：根據甲方要求情況，結合給排水設計規范設計，用水定額為55度溫水,每戶太陽能系統集熱器面積的計算：
Qrd-日均用水量（Kg）：每戶按100L/d
C－水的定壓比熱容（4.187KJ/Kg·°C）
Tr-儲熱水箱內的設計溫度（°C）：取55°C
Tl-水的初始溫度（°C）：取10°C
Jt－當地集熱器采光面上的年平均太陽輻射量（KJ/m2）：取12497
f－太陽能保證率（％）：取40％
n－集熱器年平均集熱效率：取0.5
n1－儲熱水箱和管路的熱損失率：取0.2
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AS=
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Qrd*C*(Tr－Tl)f
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=
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100*4.187*(55－10)*40%
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=1.51m2
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Jt*n*(1-n1)
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12497*0.5*(1-0.2)
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取太陽能系統集熱器面積：1.74m2，選擇技術成熟、熱效率高且成本低廉的全玻璃真空管。
2.3.2 輔助加熱選型：輔助熱源采用電輔助加熱：
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Qh= Kh
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m*qt*C*(Tr－Tl)ρ
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=5.12*
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100*4187*(55-10)*0.983
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=1336W
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86400
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86400
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取電加熱器功率：1.5Kw
3 環保效益
安裝此太陽能系統每年可減少CO2的排放量：年輻射強度按（湖州氣象數據）：年照時數在1997.5h/a以上；輻射量31度傾角表面為4716.445（MJ/m2.a），年平均日太陽輻射量斜面為12.904 MJ/m2,年平均日照時數為5.5h，年平均氣溫為16.0℃
集熱系統的熱效率按：n1=55%、熱損：n2=10%
整套太陽能集熱系統采光面積按：F=225M2計算，年限按15年計算
每年太陽能提供可利用的熱量為：
Q太=4716.445 MJ/m2.a×225 m2×55%×90%= 525294 MJ
太陽熱水系統的環保效益體現在因節省常規能源而減少污染物的排放，主要指標為二氧化碳的減排量。將系統壽命的節能量折算成標準煤，然后將標準煤中碳的含量折算成二氧化碳，即為太陽能熱水系統二氧化碳的減排量。其計算公式為：
式中：QCO2——系統壽命內二氧化碳減排量，噸；
Qsave——太陽能熱水系統年節能量, kJ；
W —— 標準煤熱值，29308kJ/kg；
n —— 太陽能設備使用壽命，為方便計算先按1年計算,后可乘于15年；
Eff —— 標準煤熱效率，取0.85；
2.26 ——每kg標準煤燃燒產生2.66kgCO2
二氧化碳排放量：QCO2=[15818457600KJ /(29308KJ/Kg×0.85)] × 2.66
=1689042KgCO2/年
由以上計算可知：本太陽能系統每年可減少CO2排放量為189噸,則太陽能系統使用壽命15年內可減少CO2排放量為2535噸。
4 結語
集中集熱、分戶供熱太陽能熱水系統可實現太陽能與建筑的完美結合，且公攤費用低，便于管理，其可觀的環保效益助推了國家節能減排政策的實行，對政府安置房工程有極大的適用性，也可大范圍地應用在其他高層建筑上。今后，應努力降低購買、安裝、使用太陽能的成本，或嘗試推行新模式，比如合同能源管理，進一步擴大集中集熱、分戶供熱太陽能熱水系統的應用范圍。
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