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大型太阳能热水工程

别墅游泳池太阳能加热系统成功案例分析

2014-05-24 16:07:34 来源:热水工程网 浏览:2116

                        别墅游泳池太阳能加热系统成功案例分析
                       杭州普桑能源科技有限公司 袁新毓 钱江海
            北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司 李帅
摘要:太阳能作为可再生能源,在建筑中的应用越来越受到人们的重视,但应用的范围主要限于太阳能提供生活热水,太阳能游泳池加热系统运行的实际案例工程不是太多。本文针对浙江杭州绿城桃花源高档住宅小区某住户游泳池加热热源采用太阳能等节能设备为例,详细分析了设计过程及设计经验,供各位同仁参考,不足之处欢迎指正。

   关键词:别墅 游泳池 太阳能热水系统 资源共享

一、前言
随着人们生活质量的提高以及节能环保意识的增强,室内游泳池在社区、别墅、高档会所等中越来越普遍,但社区、会所、别墅等对室内游泳池水体加热的设计上往往采用锅炉或空气源热泵,此种设施不仅消耗大量常规能源,而且运行费用高昂,为了解决上述问题,本项目采用太阳能等设备来解决,太阳能是一种环保、无污染、可再生的洁净能源,充分利用太阳能将可节省运行费用,减少雾霾天气,利国利民。
二、工程概况
   该高档别墅位于杭州绿城桃花源高档住宅小区内,绿城桃花源位于杭州市凤凰山南麓风景秀丽的丘陵地带,桃花源高档住宅总用地面积1400余亩,规划建造形态各异的独立别墅870余栋。桃花源别墅共分为山地别墅、园景别墅、水岸别墅、庭院别墅、小院别墅等五大类。该别墅周围环境优美,该别墅内部设有一个全年开放的室内游泳池,游泳池长约15米,宽约4.5米,深度约1米,现采用空气源热泵加热,为了节能及环保,该业主计划用太阳能对游泳池水加热,并提供淋浴用热水,要求该太阳能游泳池加热系统应能满足用户对游泳池加热和淋浴的要求,并达到环保、节能的目的。
三、设计过程
1、设计依据
  1)《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》 GB50364-2005
  2)《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》 GB/T18713-2002
  3)《家用太阳热水系统热性能试验方法》 GB/T18708-2002
  4)《真空管太阳集热器》 GB/T17581-1998
  5)《太阳能热利用术语》 GB/T12936-1991
  6)《家用太阳热水系统技术条件》 GB/T19141-2003
  7)《建筑给水排水设计规范》 GB50015-2003
  8)《设备及管道保温技术通则》 GB/T4272-92
  9)《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94
  10)《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001
  11)《钢结构设计规范》 GB50017-2003
  12)《低压配电设计规范》 GB50054-1995
  13)《家用和类似用途电器的安全通用要求》 GB4706.1-1998
  14)《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》 GB50017-2002
  15)《中华人民共和国国家标准全玻璃真空太阳集热管》 GB/T17049—1997
  16)《钢结构设计规范》 GBJ17-88
  17)《建筑载荷规范》 GBJ9-87
  18)《家用太阳热水器电辅助热源》 NT/Y513-2002
  19)《太阳能集中热水系统施工规范》 QB/102—2002
  20)《建筑抗震加固技术规程》 JGJ116—98
  21)《真空管型太阳能集热技术条件》 GB/T6424-2000
  22)《家用太阳热水器储水箱》 NT/Y514-2002
  23)《太阳能热水系统性能评定规范》 GB/T20095-2006
  24)《钢结构施工质量验收规范》 GB50205-2001
  25)《游泳池和水上游乐池给水排水设计规程》 CECS 14:2002
26)用户要求
2、设计需要考虑的几个问题
   太阳能加热游泳池和太阳能热水洗浴是太阳能热利用技术中最成熟的技术,并具有较好的节能和经济效益。但太阳能加热游泳池与太阳能热水洗浴的原理是不同的,太阳能热水洗浴是将冷水加热到40℃以上,储存在水箱内,供洗浴时使用;而太阳能加热游泳池则需要将大约27℃的游泳池水通过太阳能加热后,又回到游泳池,以补充游泳池的散热,维持游泳池水温不降低。由于不同季节气温不同,因此,游泳池的散热量随季节变化很大,冬季气温低,散热量最大;夏季气温高,散热量最小。由此可见,当按满足春秋季设计太阳能采光面积时,冬季不足,夏季富裕,因此应配置辅助能源加热,以满足冬季或其它季节光照不足(阴雨天)时的辅助加热问题,以及夏季太阳能过剩时的能量充分利用问题。我们认为,系统设计主要应考虑以下问题。
优先利用太阳能源,当太阳能不足时,再利用辅助能源补充热能,以达到环保和节能降耗的目的。
在保证太阳能系统加热和用热水安全的前提下,做到太阳能既能加热游泳池池水,又能提供洗浴热水。应能做到热水资源共享。
太阳能热水系统运行方式的合理性、可靠性、先进性。
控制系统的全自动化、智能化、先进性、可靠性。
太阳能系统与建筑物的协调性、检修的方便性等,该高档住宅周围环境美观,太阳能系统决不能破坏周围环境。
在保证工程质量的前提下,尽可能降低工程造价,提高工程的性价比。
根据现场实际情况,尽量利用原有设备或设施,减少太阳能设备投资。
3、系统基本设计
(1)根据杭州地区全年温度较高的特点,选用热效率高、经济实惠的平板集热器,易与建筑结合,实现与建筑一体化。
(2)游泳池加热采用间接换热、温差强制循环太阳能加热系统,实现太阳能加热的智能化。
(3)洗浴供热水采用直流式定温放水太阳热水系统,达到充分利用太阳能,只要有太阳,就有能洗澡的热水的效果,并可实现全天24小时有洗浴热水。
(4)选用空气源热泵作为游泳池加热的辅助热源,以较少用电量(比直接用电加热节约70%电费)。
(5)采用德国西门子工业级的PLC可编程电脑控制器,因该高档住宅对系统稳定性、可靠性、先进性要求较高,选用德国西门子工业级PLC可编程电脑控制器,控制程序采用我公司根据多年太阳能工程安装经验开发的太阳能工程专用程序,水箱水量可精确到1升,具有计算功能,能够根据辅助能源功率、水箱水量水温自动计算辅助能源启动时间,实现太阳能和辅助能源辅助加热的完美结合,优先利用太阳能源,节约常规能源,并能够通过电话线实现远程监控及控制程序升级,还可与计算机联网。控制程序可根据用户要求任意修改升级。(注:普通控制器只具有温差、定温、定时、点式水位显示及控制等功能,并且一次定型,修改须调整电路,不能实现太阳能和辅助能源辅加热的完美结合)。
4、热负荷计算:
(1)计算基础:
a、基础水温:根据杭州市实际情况,冷水温度按15℃计算。
水温资料参照表1:
分区 地区 地面水温度 地下水温度
第一分区 黑龙江、吉林、内蒙古的全部,辽宁的大部分,河北、山西、陕西偏北部分,宁夏偏东部分 4 6~10
第二分区 北京、兰州、山东全部,河北、山西、陕西的大部分,河南北部,甘肃、宁夏、辽宁的南部,青海偏东和江苏偏北的一小部分 4 10~15
第三分区 上海、浙江全部,江西、安徽、江苏的大部分,福建北部,湖南、湖北东部,河南南部 5 15~20
第四分区 广东、台湾全部,广西大部分,福建、云南的南部 10~15 20
第五分区 贵州全部,四川、云南的大部分,湖南、湖北的西部,陕西和甘肃秦岭以南的地区,广西偏北的一小部分 7 15~20
b、游泳池水温:根据《建筑给排水设计规范》,游泳池水温为22℃~30℃,按27℃计算。
游泳池水温参数表2
游泳池用途 池水温度(℃) 游泳池用途 池水温度(℃)
比赛用 24~26 露天游泳池
训练用 25~27 夏季用 不低于22
跳水用 26~28 冬季用 宜为30
儿童、幼儿用 24~29 准备池 24~27
  水池温度与环境温度有关,如室内游泳池因有完善的采暖空调设施,池水温度25℃左右即可;如果气温较低,池水温度以27℃以上为宜。根据实际情况,选取池水温度为27℃。
c、游泳池水面面积:经现场勘测,该游泳池面积约为67.5平米。
d、游泳池水量:根据实际勘测,游泳池水深约1米,总水量约67.5立方米。
e、补换水率:根据多年的相关工程经验,日均补换水量按5%计算。
f、游泳馆室内环境温度按按28℃计算;相对湿度按60%计算,大气压为760mmHg,室内风速为0.1米/秒。
(2)游泳池散热量计算:
1.游泳池水表面蒸发损失的热量:
Q1=a·γ·A(P1-P2)(0.0174v+0.0229)(760/B)
式中:Q1:游泳池水表面蒸发损失的热量(kJ/h)
a:热量换算系数
γ:饱和蒸气的蒸发汽化潜热(kcal/kg)
P1:饱和空气的水蒸气分压(mmhg)
P2:环境空气的水蒸气分压力(mmhg)
v:游泳池水面上的风速(m/s)
A:表面面积(m2)
B:当地大气压力(mm·hg)
    水的蒸发潜热和饱和蒸汽压表3
水温
(℃) 蒸发潜热
r(Kcal/kg) 饱和蒸汽压Pb(mmHg) 水温
(℃) 蒸发潜热
r(Kcal/kg) 饱和蒸汽压Pb(mmHg)
18 587.1 15.5 25 583.1 23.8
19 586.6 16.5 26 582.5 25.2
20 586.0 17.5 27 581.9 26.7
21 585.4 18.7 28 581.4 28.3
21 584.9 19.8 29 580.8 30.0
23 584.3 21.1 30 580.4 31.8
24 583.6 22.4 - - -
   气温与相应的蒸汽分压表4
气温
(℃) 相对湿度
(%) 蒸汽分压
Pq(mmHg) 气温
(℃) 相对湿度
(%) 蒸汽分压
Pq(mmHg)
21 50 9.3 26 50 12.5
55 10.2 55 13.8
60 11.1 60 15.2
22 50 9.9 27 50 13.3
55 10.9 55 14.7
60 11.9 60 16.0
23 50 10.5 28 50 14.3
55 11.5 55 15.6
60 12.6 60 17.0
24 50 11.1 29 50 15.1
55 12.3 55 16.5
60 13.4 60 18.0
25 50 11.9 30 50 16.0
55 13.0 55 17.5
60 14.2 60 19.1
    将数值代入计算得:
   Qz=a·r(0.0174V+0.0229)(P1-P2)A(760/B)
    =4.18×581.9×(0.0174×0.1+0.0229)×(26.7-16)×67.5×760/760
    =43285.8(kJ/h)
2.游泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量,由于游泳池池底周围没有地下水,池底池壁经由传导热损失的热量就很小;相对于游泳池表面蒸发损失的热量来说,管道和净化水设备等传导所损失的热量也小得多,因此,《游泳池和水上游乐池给水排水设计规程》CECS 14:2002中规定,上述两项热传导损失的热量可以按照池水表面蒸发损失量的20%进行确定。
    代入参数计算得:Q2=43285.8(kJ/h)×20%=8657.16(kJ/h)
补换水加热所需的热量:
游泳池的补充水量选定
  一般按下表选取:(《游泳池和水上游乐池给水排水设计规程》CECS 14:2002规定)
  游泳池的补充水量表5
序号 游泳池、游乐池的名称 每日补充水量占泳池水容积的百分数%
1 竞赛池、训练池、跳水池 室内 3~5
      露天 5~10
2 多功能池、游乐池、公共泳池 室内 5~10
   露天 10~15
3 按摩池 公用 10~15
4 儿童池
幼儿戏水池 室内 不少于15
   露天 不少于20
5 环流河 10~15
6 家庭游泳池 室内 3
      露天 5
注:1、室内游泳池、水上游乐池的最小补水量应保证在一个月内池水全部更换一次。
  2、当地卫生防疫部门有规定时,应按卫生防疫部门的规定执行。
   根据泳池性质结合上述标准,设计补充水量为总容积的3%~5%,本方案设计取5%。
Q3=a·q·γ·(tl-t2)
式中:Q3:游泳池补充水加热所需的热量(kJ)
a:热量换算系数,a=4.1868
q:游泳池平均每日的补充水量(L)
γ:水的密度(kg/L)
t1- t2:游泳池水的补水温差(℃)
代入参数计算得:Q3= 169565.4kJ/d
4.游泳池日总热量需求:
QA=24*Q1+24*Q2+Q3=1416196.04kJ/d
  5、太阳集热面积确定
1)杭州地区的太阳辐射资源
   查有关资料,杭州:纬度30º14’,经度120º10’,高度41.7m
   杭州地区全年各月水平面的月平均日太阳辐照量见下表。
   表6 杭州地区全年各月水平面/当地纬度斜面上的月平均日太阳辐照量(MJ/㎡·d)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
水平面 6.813 7.753 9.021 12.542 14.468 13.218 17.405 16.463 12.013 10.276 8.388 7.303
纬度斜面 9.103 8.534 9.552 11.953 12.715 11.417 15.158 15.684 11.846 11.524 10.839 10.425
   
   从上表可知:不同斜面上的太阳辐照量是不同的,且随月份(季节)变化而变化。本系统设计太阳集热器的倾角采用当地纬度,因此设计计算应选择纬度斜面的太阳辐射值。因此查表1,取太阳集热器斜面(当地纬度斜面)平均值12MJ/㎡·d作为设计值。
2)杭州地区太阳集热器的热效率
太阳集热器效率曲线
       
太阳集热器的瞬时效率曲线图1
   太阳集热器的瞬时效率曲线见图1。图中纵坐表标为集热器的瞬时效率,横坐标为归一化温差X,X=(tR- ta)/G,其中tR 为集热器热水进出口平均温度(产热水温度),ta 为环境或周围空气温度,G为总日射辐照度。从效率曲线可以看出,太阳集热器的热效率随产热水温度与环境温度的温差与太阳辐照度的比值(tR- ta)/G的变化而变化。也就是说,环境温度越高,要求的产热水温度越低,太阳集热器的热效率就越高;反之,则越低。
   假定产热水温度按45℃计算,根据杭州地区全年各月的环境平均温度,可以推算出全年各月的热效率数值η,详见表1中全年各月的η数值。
   表7 太阳能在杭州地区全年各月的平均热效率值
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
ta 4.3 5.6 9.5 15.8 20.7 24.3 28.4 27.9 23.4 18.3 12.4 6.8
η 0.42 0.46 0.50 0.52 0.55 0.56 0.58 0.57 0.56 0.54 0.51 0.46

3)太阳集热面积确定
   
   根据GB/T 18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》,太阳集热器的集热面积可以按如下公式计算:
            
式中: ----- 直接系统太阳集热器的采光面积,单位 ㎡
    ----- 日均用水量,单位kg。对于该太阳能系统,
    ----- 水的定压比热容,单位 KJ/(kg·℃)。应取4.186 KJ/(kg·℃)。
    ----- 贮水箱内水的终止温度,单位 ℃。对于该太阳能系统,应取55℃
    ----- 水的初始温度,单位 ℃。对于该太阳能系统,应取15℃
    ----- 太阳能保证率,无量纲。最新的国家标准建议取0.3~0.8。这里取0.6
    ----- 太阳集热器采光面的年平均太阳辐照量,单位 KJ/㎡。对于该太阳能系统,应取12000 KJ/㎡·d
    ----- 太阳集热器效率,无量纲。应取0.50
    ----- 管路及贮水箱热损失,无量纲。考虑到我公司良好的保温工艺,取0.1
经计算得: =78.67㎡
   故所需集热面积为:78.67㎡
   因采用中间过渡水箱换热方式,故有热量损失;这里取换热器效率为95%;
   故补偿后的集热面积为:78.67/0.95=82.81㎡
   根据甲方相关人员的要求及介绍,以及根据现场测量,放置太阳能集热器屋面长约20米,宽约6米,考虑屋面安装及检修空间,屋面能放置100平米太阳能集热面积。太阳能集热面积除满足太阳能加热用泳池外,还可提供淋浴热水用。中间过渡水箱(储热水箱)1吨,放置在原空调设备所在的位置附近。太阳能循环泵及热水增压泵放置在储热水箱所在位置。
6、辅助加热方式确定
选择辅助能源需考虑的几个问题:
1、辅助能源所占空间位置;
2、辅助能源应安全、可靠,自动运行;
3、辅助能源应节能、环保、无污染。
   辅助加热系统可以采用燃油/燃气锅炉、电加热管、空气源热泵等方式,各种方式的特点如下:
   锅炉(燃油/燃气/电锅炉)辅助加热系统,需要占用现有设备间的空间;需增加系统管路等部件;锅炉安装需要安装许可手续,因此手续复杂;且燃油锅炉存在安全问题和油污染问题;锅炉系统日常维护要求高,维护费用较高。燃油锅炉需要专门的储油罐/箱,维护和加油等专人负责管理;燃气锅炉需要气源。如采用电锅炉,则成本高,不如安装电加热管。
   采用电加热作为辅助能源,则电加热管可以直接装在储热水箱中。具有安装方便,不占用设备间的空间;全部自动化运行,不需专人看管,节省专人看管人员工资;系统运行维护方便;可以利用低谷电,节省运行费用。
   空气源热泵虽然成本高,但可以节约70%电能,也属于节能产品之一。
   综上所述,我们建议采用空气源热泵辅助加热的方式。
    7、关键设备与配件选型
   (1)太阳集热器选型与布置
目前国内使用的太阳能集热器主要有平板集热器、真空管集热器、热管集热器。
  平板集热器:
  优点:容易与建筑结合,安装在屋面,像天窗一样美观,承受压力能力高,维修率低。
  缺点:不防冻,适合在南方地区使用。若在北方地区应在春、夏、秋三季使用,若全年使用应解决好防冻问题;
  真空管集热器:
  优点:在中国占有90﹪市场,在零下25℃条件下,仍可产生热水,可一年四季使用。是目前全国各地普遍使用的产品。
  缺点:一根真空管破裂,影响整个系统运行。承受压力能力差。
  热管集热器:
  优点:可在零下50℃条件下使用,抗冻性能好,适合在北方高寒地区使用。一根真空管破裂,不影响系统运行。承受压力能力高。
  缺点:其冷凝端(加热端)表面积仅是真空管的百分之一,易结水垢,换热效果较真空管差。
  平板集热器、真空管集热器、热管集热器各有优缺点,根据该高档住宅的实际情况,建议采用平板太阳能集热器,稳定、可靠,使用寿命长。
四季沐歌平板太阳能集热器采用具有国际先进水平产品,其中太阳能核心部件—平板集热器板芯为采用“德国进口超级蓝膜板芯”,比普通蓝膜板芯吸热比提高了5%。
“德国进口超级蓝膜板芯”:采用德国真空磁控溅射金属陶瓷(CERMET)镀膜带,集热高,热损小,吸收率高达98%,发射率低至5%,挑战太阳能光热转化比极限,集热效率高、得热量大;
●进口欧洲数控激光焊接设备,板管间实现激光焊接,焊点结合力强,热阻小;
●流道从镀膜带背面焊接,不伤及吸热膜层,集热效率高;
●特别设计安装槽和防水槽,便于实现太阳能与建筑一体化;
●采用PPG超白钢化玻璃盖板,全光谱透光率达95%,机械强度高,安全有保障;
●流道材质为高纯度无氧纯铜,耐腐蚀,可承压,寿命长,安全可靠;
●边框和背板一体化,美观适用,耐腐蚀,密封性好,防水、隔潮、热损小;
●采用连续式无缝密封材料,耐高低温,耐老化,经久耐用,寿命长,获得RoHs认证;
●全部采用可降解和可回收利用材料,产品寿命期结束也绝无污染;
●已经通过欧洲KEYMARK和美国SRCC认证。
● 航空铝合金边框和3.2mm低铁钢化玻璃,能抗台风,冰雹等灾害性天气优异的抗冻性能,即使在零度40度以下的严寒地区,也能正常使用真空蓝钛和激光焊接高科技技术的完美结合,可使产品寿命达25年以上。

四季沐歌平板集热器技术参数表8
 项目  技术参数  备注
 集热面积  总集热面积  2平米 获得欧盟CE国际权威认证证书
 边框  外壳种类  电镀铝合金(ALMg3) 电镀铝合金
   外壳材料  6063/T5
   壁厚  1.2mm
   工艺  挤压成型
 密封条  材质  硬化橡胶PDEN
   性能  注塑,抗紫外线
 玻璃盖板  材料  3.2mm低铁超白布纹钢化玻璃 优质钢化玻璃
   透射率  98%
   厚度  3.2mm
   强度  0.25Mpa/㎡
 保温材料  底面  材质  玻纤棉贴铝箔纸,密度12-50Kg/m3
     厚度  50mm
   四周  材质  玻纤棉贴铝箔纸,密度50-80Kg/m3
     厚度  30mm
   热传导率  在70 ℃条件下0.048  
 光热性能指标  吸收比  α≥ 0.98(AM1.5)
   发射比  ε=0.050(80℃±5℃)
   瞬时效率截距  0.76
   总热损失率  5.4W/㎡
 物理性能指 标  外形尺寸(mm)  2000×1000×95(长×宽×厚度)
   净重(kg)  39
   总重(kg)  40
   试验压力  1.0 Mpa
   额定工作压力  0.6Mpa
 板芯材质  集热管材质  TP2紫铜
  集热管规格(mm)  集热管尺寸Φ=25mm,厚度0.6mm
   排管材质  TP2紫铜
   排管规格(mm)  集热管尺寸Φ=10mm,厚度0.5mm
   排管数量  7
   翅片材质  铝6061
   翅片规格(mm)  1900×950 吸热体为整板铝板
   板芯表面涂层   氮氧化钛 德国进口超级蓝膜
   膜层厚度  0.02
   膜层性能  吸收率≥98%、发射率≤5%
   涂层工艺   磁控溅射
   集热板接口尺寸  20mm

(2)控制器
   选用德国西门子PLC电脑控制器,性能稳定可靠,先进。控制程序采用我公司和欧盟共同研发的太阳能工程系统专用控制程序,功能强大,可实现任意功能的自动控制。有防冻及防止过热的措施:温差循环和高温保护等功能,防雷保护、漏电保护、短路保护、过流保护、故障自检等全面保护装置,保证系统安全运行,无任何危险隐患,性能可靠,先进实用。根据与甲方相关人员沟通及现场勘查,该控制系统除具有太阳能系统运行基本功能外,还具有1、停电保持功能:停电时,保存设定12小时,来电照常运行。2、故障报警功能:将可能发生的故障显示出来,以便维修。3、宽电压工作功能:可承受较宽电压波动,耐高压、低压幅度大。4、安全防护功能:具备漏电保护、防干烧、故障报警、安全措施等。多层保护功能外,另外增加远程监控功能,与空调及其他相关设备之间的系统集成控制功能,具备极佳的系统兼容性。

   (3)水泵、电磁阀、管路
   水泵选用德国威乐低噪音耐高温管道泵,电磁阀选用2W400-40和2W250-25型大口径直开式无压电磁阀,阻力小,密封性好。管路采用不锈钢管,用3CM橡塑管保温,保温效果好,美观耐用。
   
   
      
(4)膨胀罐
选用意大利进口NP-600型膨胀罐,有效吸收太阳能系统加热膨胀而产生的力。该膨胀罐性能稳定、可靠,使用寿命高达20年。
(5)储热水箱
   储热水箱,内胆304不锈钢,外202不锈钢,聚氨酯保温60MM,保温效果要求24小时温降3度。保证保温水箱在使用过程中不变形。以确保其安全可靠性。
   (6)集热器支架
太阳能集热器支架采用4号国标热镀锌角钢,紧固件全部为304不锈钢螺栓螺母,支撑稳固,防腐能力强;使用寿命≥30年,确保十年不锈。
   空气源热泵
该系统选用四季沐歌游泳池专用空气源热泵,该空气源热泵具有以下突出特点:
   1)先进的压缩机技术
   采用美国谷轮公司拥有独家专利的高效、柔性涡旋式压缩机,具有高效节能、安全、可靠等特点,在高压力,压力超过高压时可自动卸压至低压端,压缩机是热泵工程机组的核心部件,相当于电脑的CPU,它具有的不易磨损、使用寿命长、过流保护、缺相保护、过温保护、抗液击能力强、高度压保护等功能特点。谷轮压缩机在机体内置卸压阀,在高压力,压力过高时可自动卸压至低压端。谷轮压缩机可承受高温130℃,而一般压缩机的最高承受温度是115℃,我公司之所以选择此种优质的压缩机,就是它具有以上的优点使我公司工程机组能在恶劣的环境下长时间工作;
   2)套管式换热器换热技术
   结构合理,性能优异——换热器内管外侧采用低肋翅状强化,内侧采用低肋内螺旋管,有效地优化了金属管的表面构造,极大地增加了单位长度换热面积,同时在换热过程中水侧和氟侧又同时产生强烈的螺旋湍流,极大地提高了传热效率。
   A、内管内走热泵热水器的热水,由于内部的螺旋结构,控制水流速保证水在内部处于紊流状态,加强与制冷剂的换热,效率较高;不易出现结垢。
   B、内管为多头高效螺纹管。外管为钢管,制冷剂在其夹层流动,由于压力相对较高,控制夹层容积可以控制流速,保证与水充分换热。
   C、内管为多头高效螺纹管增加了两种介质的热交面积,使整个换热器结构比较紧凑。
   D、水口位于换热器的最低位置,方便排水,预防冻结。提高其安全性。
   E、钢管都要进行防锈处理。氟侧的最大工作压力650psi,水侧最大工作压力400pis。
   耐压抗震,不易变形——制冷系统在实际运行中,受温度波动、启停循环、热泵融霜、膨胀阀调节等因素的影响,内部压力始终处于频繁的交替变化过程下,在较高或频繁变化的压力下,而螺旋状圆管结构抵抗压力冲击和耐受高压的能力要高的多。
   耐脏耐垢,不易堵塞——套管换热器具有较强的水质造就能力,螺旋套管水侧流道具有较大的截面尺寸,当水流过时产生强烈的螺旋状湍流,水侧不易结垢,且能允许水中夹带较大直径的纤维、泥少等杂质通过,造成堵塞的可能性很小。
   回油顺畅,安全性高——套管换热器的制冷剂流程中,没有竖直上升通道,所以即使在小流量情况下,润滑油也能安全地返回压缩机。不必担心蒸发器滞油导致换热面积减少、流道堵塞、运行失稳、毁坏压缩机等各种危险。
   3)智能调节控制技术
   采用进口膨胀阀,结合微电脑芯片实现精确根据热泵工况进行自动调节,使压缩机稳定的工作在最佳工况下,机组寿命更长。系统根据测试各参数值IC输出控制信号,通过IC驱动膨胀阀调节相应参数值下的开度,使压缩机稳定的工作在最佳的工况下。
   4)智能化恒温技术
   微电脑芯片实现高精度调节,可根据季节的不同调节水温及水量。根据出水口温度控制,按恒温控制器可调的设定值,调节冷水入主机的流量达到出水口水温与控制器设定值一致,高温热水补到保温水箱中确保全天候供应需求的热水。
   5)除霜技术
   采用四通阀换向除霜系统,结合微电脑芯片控制有效保证除霜效果。结构简单,成本低,除霜过程控制简单,系统稳定、可靠。根据盘管温度控制,当盘管温度低于设定值时,通过四能阀作用,经过压缩机压缩后高温高压蒸气通过蒸发器,再通过蒸发器时放热冷凝,放出的热量除霜,除霜后继续正常循环产热水。
   6)系统控制
主机控制系统安装有显示器(液晶显示器),实时显示热水出水温度、机组输出状态等信息,且可以直接点检、查询机组的运行状态,显示器上会自动显示出机组故障代码,方便查找故障原因,操作灵活、使用方便。

8、系统安全设计
1、防风措施
   太阳能支架与建筑屋面固定成为一体,太阳能集热器支架采用40×40国标角钢焊接并增加支撑,确保整体稳定性;每排支架采用角钢连接,形成整体,增加抗风能力。储热水箱设有恰当的防风防侧滑措施;受风力影响有可能给系统带来安全隐患的其它部件,均以采取恰当的防风措施。
2、防雷措施
不处于建筑物原有防雷保护范围的系统,应单独设置避雷装置;
处于建筑物原有防雷保护范围的系统,钢结构支架应与建筑物原有避雷带多点焊接,并做防锈处理。与建筑一起形成网架避雷装置,将太阳能支架与建筑避雷网架连接,形成整体防雷网架。具体操作参照GB50057《建筑物防雷设计规范》执行。
3、防漏电措施
  系统所有可能漏电的部件,都应采取可靠的防漏电措施。系统内的设备,采取严格接地措施,并测量确认接地良好防止漏电伤人;电器选择优质国标器件,并严格按照电器规范来设计安装;所有电器均设有漏电保护,一旦漏电立即切断供电确保人机安全。采用漏电开关和接地双重保护,确保用电安全。系统控制柜设置有漏电开关和接地保护,并严格按照相关规范施工。
4、水泵保护措施
任何水泵长时间空转就会造成损坏,本系统中设有水位保护,水位信号将传递给、控制柜,一旦缺水,所有水泵立即停转。
5、防渗漏、防水措施
屋面太阳能管道穿屋面处套管外涂防水油膏,套管内采用油麻封堵,再用防水沥青抹平防渗漏。凡在水箱或集热器基座施工过程中破坏了屋面原有防水的,应重新做防水处理,并考虑日后屋面防水维修的方便性;系统其它构件破坏屋面防水的,应重新做防水处理,并考虑日后防水维修的方便性。
6、 防冰雹
系统配置的平板采用高强度硼硅玻璃,可抗击¢25mm冰雹。
7、防过热
系统选用材料能经受系统运行可能的最高温度。同时控制程序设计有太阳能高温及水箱高温保护程序,高温时会自动启动高温保护模式。
8、 防冻
在结冰地区安装的系统,已采取合理的防冻措施。该系统采用乙二醇防冻液防冻。
9、 防结垢
通过控制水温及水循环的方法尽量避免水垢的产生。
10、承重
  根据建筑结构情况,合理确定太阳能设备位置,储热水箱必须放置在承重位置上。
  9、该系统运行原理:
(1)太阳能温差循环
   太阳能集热器温度高于储热水箱温度5℃-5℃(可设定),且稳定在5秒以上时,太阳能循环泵自动打开,太阳集热器与储热水箱间不同温度热水形成循环,使储热水箱水温逐渐升高,直至温差低于3℃时(可设定),太阳能循环泵自动关闭,如此不断循环,使储热水箱水温逐渐升高。
(2)游泳池加热
由于散热等原因,当游泳池水的温度低于27℃时,与游泳池换热循环泵自动打开,通过换热器换热向游泳池补充热量,当游泳池温度超过27℃时,换热循环泵停止运行。
(3)空气源热泵辅助加热
当阴雨天太阳能不足时,储热水箱的热水温度达不到设定温度时,空气源热泵自动启动,同时空气源热泵管道循环泵打开,由空气源热泵加热游泳池。
(4)淋浴用热水
打开淋浴喷头,太阳能控制系统自动检测储热水箱温度,当储热水箱热水温度达到设定要求温度时,淋浴增压泵自动打开,此时由太阳能热水系统供应淋浴热水。当储热水箱热水温度达不到设定要求温度时,由原来的燃气壁挂炉提供淋浴热水。
(5)储热水箱水位全天24 小时不能低于最低警戒水位
   为保证太阳能系统运行安全及淋浴用水的要求,储热水箱的水位全天24小时都不会低于最低警戒水位,当由于洗浴或散热等原因导致储热水箱水位低于最低警戒水位时,补水电磁阀自动打开向储热水箱补充自来水,当储热水箱水位到达设定水位时,补水电磁阀自动停止补水。
(6)控制系统保护功能
停电保持:停电时,控制器内置电池可以维持系统时钟继续运行,可以连续运行1年以上,系统运行参数可以永久保存; 故障报警:将可能发生的故障显示在屏幕上,便于故障确认及维修; 宽电压工作:可以承受较宽的电压波动,耐高压、耐低压幅度较大; 安全防护:设有短路、过流、漏电、过温断电四种安全防护功能。
2.10太阳能热水系统水质要求
   由于各地的水质情况不同,对于水质较差的地区,使用太阳热水系统时,将严重影响使用效果,因此,四季沐歌公司要求客户在使用太阳热水系统时,其给水水质应该达到下列指标(参考《生活饮用水卫生水标准》),方可保证使用效果。
给水水质表9
项目 指标 项目 指标
总硬度(mg/L) ≤250 溶解氧(mg/L) ≤10
悬浮物(mg/L) ≤5 含油量(mg/L) ≤5
PH值(25°C) ≥7 含铁量(mg/L) ≤0.3
若用户的水质达不到上述的要求时,应采取适当的措施,使水质满足要求。
注:
  总硬度:表示水中钙盐、镁盐的总含量。硬度分碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种,前者表示水中溶解的重碳酸钙Ca(HCO3)2和重碳酸镁Mg(HCO3)2的含量,当加热到沸腾时,这些盐分以泥渣状态沉淀出来,所以又称为暂时硬度;后者表示水中溶解的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸钙CaSO4、硫酸镁MgSO4及其它钙镁盐的含量,这类盐分沸煮时不易沉淀,又称为永久硬度。这两种硬度总和称为总硬度,硬度单位用mg/L。
  悬浮物:悬浮物包括砂子、石子、铁屑等无机化合物和动植物有机体的微小碎片纤维或腐烂产物。
  PH值:用来表示水的酸碱性,PH=7时,水为中性;PH<7时,水为酸性;PH>7时,水为碱性。
  含氧量:表示水中氧的含量,用mg/L表示。
  氧气腐蚀:氧是强烈的阴极去极化剂,能吸收阴极电子形成氢氧离子OH-,因而使腐蚀过程加剧。
  含油量:表示水中油的含量,用mg/L表示。
  含铁量:表示水总铁离子的含量,用mg/L表示。
  氧化铁垢:当水中含铁量过高时,会产生氧化铁垢,主要成分为铁的氧化物,这种水垢通常外表面为咖啡色,内层为灰色而垢下则有少量的白色盐类。
  垢下腐蚀:当金属表面有水垢时,在水垢下面发生的腐蚀称为垢下腐蚀。当热水系统水中游离的NaOH多会发生碱性垢下腐蚀;当水中含有较多的CaCl2 和MgCl2时,会生成盐酸,产生酸性垢下腐蚀。
2.11系统设计特点
1)与建筑一体化。系统整体设计,占用屋面面积空间紧凑。给周围环境增添生机起到画龙点睛的作用,绿色能源溶入和谐的人文环境中。
2)系统安全可靠。充分考虑了防风、防雷、防冻、抗冰雹、防漏电、防高温,保证系统安全。
3)优先和充分利用太阳能。电脑控制器会根据天气情况准确计算辅助加热启动时间,以最大化利用太阳能,节约常规能源。
4)电脑智能控制,全自动运行。我集团公司与德国、法国、意大利、荷兰等欧共体的太阳能专家合作开发的智能化全自动中央太阳热水系统,将太阳热水系统运行管理的所有参数,全部编成计算机程序,并通过电脑控制器,真正实现了太阳能系统的全自动智能化运行和24小时或定时供应热水。
5)设计了手动操作功能。系统自动运行可以与手动操作功能自由转换,系统循环泵及辅助加热设备可以按需要手动操作,真正体现人性化的操作界面。
6)设计了应急操作系统。如果太阳能系统出现问题,可以启动应急操作系统,保证维修期间系统正常运行。
4 结语
   以上太阳能加热游泳池系统方案已在绿城桃花源高档别墅中成功实施,经一年多时间的运行及跟踪,该太阳能集热系统性能稳定、可靠,能满足用户游泳、休闲娱乐需要,并能提供淋浴用水。且达到了智能化全自动控制。用户反映效果良好,在此抛砖引玉,与大家共同探讨适合不同类型游泳池加热的太阳能热水系统。
   
   放置太阳能集热器屋面图片 屋面放置四季沐歌平板太阳能图片
    该别墅内部环境 该别墅室内游泳池
     
郑瑞澄等主编.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册.北京化学工业出版社,2006
齐心, 解决太阳能与建筑一体化的良好方案.现代建筑,2003(1)
赵春江,王恒龙.太阳能一体化集热器的研制与应用.太阳能 2004(4)
王荣光,沈天行.可再生能源利用与建筑节能.北京机械工业出版社,2004
李宝山.太阳能热水器与建筑结合所面临的几个问题.可再生能源,2003,6
袁莹,苏粤.太阳能热水器与建筑一体化设计.华中建筑,2005(1)
高辉,何泉.太阳能利用与建筑一体化设计.华中建筑,2004(1)
8 袁新毓 太阳能热水系统与建筑一体化的实践与设计体会 , 中国建设动态阳光能源,2007,(4):22-25
     

    袁新毓 杭州普桑能源科技有限公司 技术总监 高级工程师 一级建造师

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