集中集热-分户储热太阳能热水系统探析.pdf

经验交流 建筑建材装饰 167 集中集热-分户储热太阳能热水系统探析 张圆彬 （中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600） 摘要：在高层住宅中，集中集热-分户储热太阳能是一种常见的热水系统，其十分高效可靠，本文详细介绍了这种热水系统。 关键词：太阳能；热水系统；集中集热-分户储热 中图分类号：TU822 文献标识码：A 文章编号：16743024（2016）0316702 前言 集中集热-分户储热太阳能热水系统集成化程度非常强， 集 热器效率高，并且不影响建筑外立面，能够缓解热量分配不均 的情况，其是一种优化的太阳能热水循环系统。 1 集中集热-分户储热太阳能热水系统概述 1.1 集中集热-分户储热太阳能热水系统概述 集中集热-分户储热太阳能热水系统是在建筑屋面集中放 置集热器，各户安装一套独立的储热水箱，储热水箱内置电辅 助加热装置和换热装置，在设备间或楼顶集中放置控制装置、 系统循环装置、定压设备。太阳能集热器把太阳辐射能转化为 热能贮存在热媒水之中，利用系统循环装置把热媒水输送到各 户储热水箱，再利用储热水箱中的换热装置把热能传送给各户 储热水箱中的生活热水，换热过后的低温热媒水回流到集热器 继续进行加热，利用往复间断循环把各户储热水箱中的生活热 水进行加热，以提供给用户使用。如果太阳光照不够或者储热 水箱中的水没有实现设定温度，用户能够通过储热水箱内置的 电辅助加热装置进行储热水箱中生活热水的加热，以确保用户 24 小时的用水需求。 1.2 集中集热-分户储热太阳能热水系统优点 第一、运行方式合理。相比集中集热直接供热水式太阳能 系统，电加热棒不再设置在大水箱内，而是设置在分户水箱中 由住户各自管理，避免了直供系统不论用水量大小变化而加热 水量都是满水箱水量造成的电量浪费。 每户各自收取电加热费， 取费合理。第二、占用楼顶空间小。集热板集中设置，采用分 户水箱，因此楼顶大水箱也相应减小容积，特别适合楼顶安装 面积有限的小高层及高层建筑。第三、系统集成程度较高，便 于物业管理维护。安装整齐美观，与建筑一体化程度高。 2 集中集热-分户储热太阳能热水系统模式 2.1 集中集热-分户储热太阳能热水系统的原理特点 第一、支管换热循环。若用户储水箱中的水温（Ta）高于 主管道水温（Ta+1） ，分户电磁阀关闭，不参与系统换热，若用 户储水箱中的水温（Ta）低于主管道水温（Ta+1）5 度时（可 调） ，分户电磁阀打开，参与系统换热。第二、短路循环。若楼 内主管远端温度 T4设定温度时，打开远端短路电磁阀 DCF2， 循环主管至设定温度停止。防止远端主管温度（Ta+1）降低使 远端用户无法参与换热，至 T4 达到设定温度（45 度）关闭电 磁阀。第三、辅助加热。分户水箱经过换热后仍达不到洗浴温 度，则启动分户水箱内电加热，达到设定温度停止加热。第四、 选用承压式户内水箱，内置换热盘管，顶水式用水。 2.2 其运行模式的特点 系统通过在楼顶设置集热缓冲水箱，热量通过太阳能系统 收集在集热缓冲水箱中，再通过管路循环交换储存在户内水箱 中，楼顶太阳能系统非承压运行，管路循环及户内水箱承压式 运行，以水作为集热及换热循环介质，设置分户换热控制。其 有几个方面的优点：第一、换热式运行，便于物业管理（电费 每户各自计量） 。 第二、 以水作为循环换热介质， 运行成本低 （补 液费用可忽略） 。第三、设置有分户换热控制电磁阀，当户内水 箱温度高于换热管路温度时，户内电磁阀关闭，户内水箱不参 与换热，用户自己加热水后不会因换热循环导致水温下降，控 制合理。 （此功能配合主管短路循环使用。 ）另外还存在两个缺 点：第一、系统复杂。第二、室内换热循环开启时间长，很大 一部分热量浪费在室内管路换热循环上，管路及储水箱热损失 率（含室内）达到 0.5。 2.3 常用几种系统的开闭形式 第一、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。 第二、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。 第三、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。 第四、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。 2.3.1 常用几种系统的开闭形式分析 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： 第一、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。 第二、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。 第三、采用两通电磁阀或者三通电磁阀。随着对集中集热- 分户储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 度时， 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。 （下转第 170 页） 应用研究 建筑建材装饰 170 果螺栓和螺母两个部件之间的连接不够紧密或是过于松动， 就会出 现螺栓和螺母接触面的电阻数值增大。 如果自动化机电设备处于正 常通电的状态中，过高数值就会让自动化机电设备发热，而氧化反 应会对自动化机电设备造成短路或是其他故障问题。 3.3.3 维修和保养 自动化机电设备如果是想让其在正常工作下拥有较长的使用 寿命和高效率的工作， 就需要定期对自动化机电设备机械能维修和 保养。 如液压部件的清洗， 就需要在干净的场所进行， 避免在露天、 杂物间等复杂环境中对液压部件进行装配和清洗。 3.4 电动机的安装 3.4.1 电动机的安装流程 电动机的安装流程包括了：设备点件、检查、抽芯检查、电机 干燥、控制设备、启动设备、保护设备、运行检查和验收几个环节。 在安装过程中，要由电工、吊装和搬运工相互配合，审核电动机的 安装位置是否符合要求，稳固电机的地脚螺栓，且应该与混凝土结 合成一体，垫片和基础面的接触要非常紧密，在电机底座安装后要 进行二次灌浆。 3.4.2 电动机的控制与保护 在电动机的安装和检查过程中，容易出现瞬间跳闸，而安装人 员第一反应就会想到是短路所引起的。而在没有切断全电时跳闸， 就有可能会使电动机的端电压不足而造成的。 而影响端电压不足的 原因可能是变电所至配电室供电线路过长或是电阻偏大。 一般来说 可以通过配置可调电容或是减小电抗值来解决。 3.5 电动机的安装调试 3.5.1 制定计划 为了保障自动化机电设备安装调试工作能够顺利的完工， 安装 班组就需要提前制定好相关的计划方案， 认真调查和核实机电设备 和电动机种类、型号和数量，合理安装调试时间，提前做好供水、 供电计划，调试专业技术人员和工具、设备计划。 3.5.2 电动机故障诊断 电动机在安装调试工程中，会出现各种各样的情况，例如： 电源接入时，电机不转：而造成该种故障的原因有很多，比如说是 电源故障、控制柜接线错误、电机负载过大；电动机过热现象： 原因主要是电动机负载过大、绕组故障、灰尘过多、电机损耗增大 等；电动机扫膛：电磁振动现象、冲击振动、转轴弯曲等；此外， 还容易出现一些杂质声音或是噪声，可以视情况来作处理，如补充 润滑脂、及时更换轴承、清晰轴承等措施。 3.5.3 运行检查 电动机在通电试运行的过程中，传动部位周围不能有人员，以 免电动机故障造成人员伤亡事故。在接通电源之前要先切断电源， 采用直接启动的方法， 且单独一台电动机不应该连续启动超过 3 次 以上，防止电动机发生过热现象。如果在试运行阶段时，电动机发 生了异常情况或是声音时，要立即停机检查。检查电动机的旋转方 向、电压、电流等数值，看电动机所带设备是否运行正常，同时还 要检查电动机外部有没有漏电等不良情况，注意换向器、电刷的运 作是否正常。 3.6 通电测试 建筑自动化机电设备安装之后， 对安装现场施以必要清理和设 备检查工作，并且准备好之后的机电设备整体调试，这也是检查安 装正常的关键点。通电测试务必要遵循基本原则，比如先单台后系 统及点空载后负载等。 合理组织专业性过硬的调试人员进行机电设 备调试， 以便于可以及时发现安装中所存在的质量问题及不达标情 况，即刻反应给安装施工单位，以便于其能够施以有效处理，保障 安装工程整体质量。 4 结语 建筑自动化机电设备的安装质量对于设备的使用性能和使用 寿命都有着直接的影响，因此，必须及时的解决安装过程中出现的 问题，并关注安装要点，做好机电设备安装质量控制工作。 参考文献： 1张爱武. 浅谈建筑工程中机电设备安装工程施工中技术与 质量管理J. 中国建筑金属结构,2013（16） ：147. 2蓝占斌. 关于建筑工程中的机电设备安装中常见问题探讨 J. 中华民居（下旬刊） ，2014（02） ：176. 3刘晓斌. 探究建筑机电设备的安装要点及电动机的安装调 试J.经济与社会发展研究，2014（08） ：99. （上接第 167 页） 2.4 网络型集中-分户太阳能热水系统 2.4.1 网络型集中-分户太阳能热水系统原理 网络型控制主要针对集中-分户系统的分户换热部分进行 控制。每个用户的分户控制器，检测各自水箱的温度，通过网 络通讯将数据提报总控制器， 总控制器分析所有数据进行排序， 选取温度较低的 1/3-1/2 用户，给分户控制器发出指令，打开 电动阀，对这些用户进行定向换热。这种动作周期性执行，重 新筛选需要换热的用户，以便在整个换热过程中让所有水箱都 达到相对平均的温度。 2.4.2 网络型集中-分户太阳能热水系统优点 网络型集中-分户系统在综合了常规的集中分户系统优 点的基础上，又引入了网络控制的定向换热理念，使得系统的 数据实现采集、分析、判断与控制的同步化，系统热量分配更 加均衡。其特点体现在换热循环依据每户温度为依据，实现精 确控制，将热量合理输送至用户终端，使得太阳能集热系统收 集的热量充分利用。使其可脱离上位机单独运行，功能扩展灵 活、方便，图形化的人机界面，直观明了，实时动画显示，形 象逼真，操作简单、方便，远程查询运行参数及诊断系统故障。 2.5 太阳能热水系统管线的设置 根据民用建筑太阳能热水系统应用技术规范的要求， 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，在工程设计时需要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。 3 结语