中小型医院太阳能集中热水系统设计探讨

来源:用户上传      作者: 黄　辉

　　摘要：本文结合中小型医院用水的特点，介绍了湖南省马王堆老年医院太阳能集中热水供应系统的设计，对比了几种不同供热方式的经济性，并阐述了太阳能热水系统的优缺点。关键词：太阳能热水系统； 集中供热；节能，经济性分析
　　中图分类号：Tu832.17
　　文献标识码：B
　　文章编号：1 008一0422(2007)07―0027一03
　　
　　1引言
　　
　　随着国民经济的发展，能源和环境问题成为制约我国经济持续快速增长的主要问题之一，新能源的开发和利用成为解决能源问题的重要途径，其中太阳能的开发和利用首当其冲。
　　我国太阳能的开发和利用在20世纪90年代开始进入快速发展阶段。目前其主要应用集中在小型家用热水系统上。从发展趋势来看，太阳能热水系统趋于由小型家用系统向大型集中式系统发展。近几年来，集中式太阳能热水系统设计安装已取得了长足的发展，使用也越来越趋于普遍。
　　结合本人设计长沙市“湖南省马王堆老年医院”集中式热水系统，对多层建筑热水系统的设计、运行等进行了研究，本文旨在能够为中小型民用建筑采用太阳能热水系统提供参考依据。
　　
　　2供热系统组成
　　
　　系统组成包括水箱、集热器、支架、配件、管道系统及自动控制设备。由于集中热水系统要求安全性高，就必须选用质量好的结构材料、全自动的工艺流程以及尽可能低的投资成本。对热水应采用全循环或半循环方式，以方便用户使用，尽量减少水的浪费。考虑到冬季仅靠太阳能难以提供60℃以上的热水，可采用电辅加热。系统设计应考虑每个单元独立设计，并在出水管上设置联络管和阀门，以在事故及检修情况下互为备用。
　　
　　3设计要求及主要参数的确定
　　
　　进行太阳能热水系统设计时必须掌握基本的原始资料作为设计依据，在此基础上相应地确定出热水系统的主参数，为系统设计做好工作。
　　
　　3．1设计的原始依据太阳能热水系统设计的原始依据包括三个方面①使用者的要求。主要包括用水量、水温、用水时间，是否需要辅助加热及采用何种辅助热源等；②建筑物情况。如热水系统安装平面(屋面)情况，建筑物周围环境情况，水源电源情况等；③地理气候条件。如平均日辐射量、平均环境温度、平均风速、基本风压等。
　　
　　3．2设计系统主要参数的确定太阳能热水系统的主要参数为热水负荷和系统的采光面积：
　　热水负荷即日用水量QR＝N・gr
　　式中QR――热水用量L/d
　　N――用水计算单位数、人数或床位数
　　gr――热水用水量标准L/d
　　热水负荷即日用水量，根据国家卫生热水标准，60℃热水60升/床日，则根据医院具体情况每日需401卫生热水；
　　3．2．1系统采光面积(集热器集热面积)
　　F＝QR/gr
　　式中F――集热器集热面积
　　gr――集热器产热水量
　　QR――热水用量L/a
　　根据热水负荷及100:1体面比设计系统采光面积。湖南省属于太阳能一般资源带，即午辐射量为100～120万千卡/m年，所以应适当降低体面比，推荐使用75:1，那么本系统采光面积确定为540m，即每平方米集热器日产40～60℃热水75kg，系统总产热水量40f，考虑医院病人及医护人员用水，该系统可保证全天24h有充足的热水供应。
　　
　　3．3系统运行方式的选择
　　常见太阳能系统运行方式有3种，即自然循环式、定时强制循环式和定温强制循环式。根据热水负荷、安装环境、系统节能标准等方面条件本系统采用定温强制循环方式，在太阳能不充分时采用电加热作为辅助热源。
　　3．3．1定温强迫循环方式较自然循环方式的循环作用强，这是因为自然循环中动力来自冷热水密度差形成的热虹吸压头，一般情况所形成的压头比较小、不稳定，在采光面积较大情况下，循环管路较长，局部阻力元件较多，相应循环作用较弱，而定温强迫循环可提供足够压头克服水流阻力，有效地保证了集中式热水系统循环地顺利进行。
　　3．3．2定温强迫循环水流速度较大，管壁不易结垢，集热器阵列也不易形成“循环死区”：同时由于采用了温差控制方式，能够更充分地吸收太阳能，所以热效率较高。
　　太阳能热水系统依靠吸收太阳能加热水，不可避免地会受到季节、昼夜、天气、环温等自然条件的影响。如在阴雨天气中太阳能不充分，热水系统所能够提供的热水就很难满足使用要求，必须通过辅助热源进行补偿。本系统采用电加热补偿方式，一方面电加热补偿方式方便易行、经济性好，另一方面由于电加热带来的安全隐患处理技术已趋于成熟，能够满足热水系统采用电加热补偿加热水的安全标准，从而全天提供符合要求的热水。
　　
　　3．4水箱的设计
　　为保证全天24 h用户都能获得60℃的热水，本系统中设计了两个水箱，其中一个容量较大，32cm为储水箱，另一个容量较小8cm作为热水箱，储水箱和太阳能热水系统连接，与热管真空管集热器进行热交换；热水箱水温在正常工作条件下始终在60℃以上，若太阳能集热系统提供的热水末达到60℃，则由电加热补偿，热水箱中补给水由储水箱提供。在采用电加热补偿时，只加热热水箱中的少量水，不影响太阳能集热系统的热交换，且由于热水箱容量较小，既满足了在太阳能不充分条件下用户快速获取热水的需求，同时也避免电能消耗率的增大，从而使系统具有良好的经济性，在循环泵停止工作时，使管路中的水能够自动流回水箱。
　　
　　4系统经济性分析
　　
　　太阳能热水系统所具有的环保特点是不言而喻的，同时还必须有明显的节能效果。系统首先应选用高性能的集热产品，在功能切换中确保优先使用太阳能，也就是说只要有太阳能就不启动后备能源，使用户能真切感觉到虽然太阳能热水系统比常规能源的初期投资大，但运行费用却比常规能源低得多，大大降低了热水生产成本，长期运行能获得良好的经济效益。从而使太阳能热水系统比常规能源的热水系统有更强、更优越的市场竞争力。
　　可以看出：太阳能、燃煤、燃油和电锅炉初投资依次减少，但运行费用依次增加。按10年使用期综合考虑，初期投资和运行费用太阳能系统费用最低，其他依次增大。5种方式相比较总体费用比例为：太阳能：燃煤锅炉：燃气锅炉：燃油锅炉：电锅炉＝1:1.6:2.5:3.2:4.0。
　　
　　5结论
　　
　　设计方案进行全面、准确、综合的定量评价后，可知太阳能热水供热系统具有以下特点：
　　
　　5．1高效节能，经济性好；
　　5．2开发了新能源，有效地利用可再生太阳能，前景广阔；
　　5．3安全环保，不存在任何爆炸和燃烧隐患，使用过程中不释放任何对环境有害的排放物，不消耗、破坏、污染水资源；
　　5．4太阳能热水系统的应用受地域限制较大。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-546640.htm