论文部分内容阅读
摘要：近些年，人们生活水平的不断提高，生活质量也有了很高的要求，太阳能热水系统不仅提高了人们的生活品质，满足了人们的生活要求，而且还可以降低二氧化碳的排放量，缓解能源危机，起到保护环境的作用，因此本文对太阳能热水系统全天候供水优化方案进行一些实践，取得了一些成功经验，供大家分享。
關键词：太阳能热水系统;全天候供水;优化方案
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-05-302
1. 背景：某医院103号楼太阳能热水系统因地域面积限制安装有30块太阳能平板集热器和1台10p空气能循环热泵及4条12kW的电加热。原系统采用以太阳能强制循环为主，空气源热泵、电加热为辅的加热方式，供水采用定时供水工作模式存在供热水时间短、能耗高、太阳能利用效率不高等问题，要求在不增加现有的设备和充分考虑环保节能的前提下对其进行优化处理，以期达到全天候的用水需求。如何寻求既节能用时又短的实施优化方案是需要我们结合现场地理环境情况和工作流程来最终解决的问题。
2. 系统问题分析 （见图一：原有热水系统原理图）
2. 1强制太阳能循环系统：先补冷水后循环，显然不符合全天候恒温供水
模式;（见图一/2#）
2. 2空气源热泵加热系统：温度不足时对供热水箱和太阳能循环水箱进行循环加热;（见图一/3#）
2.3电加热系统：辅助电加热系统安装有4条12kW电加热在水温不足时辅以加热，耗能大且容易产生积垢;
2.4供热水系统：太阳能循环水箱1# 电加热水箱2# 电加热温度提升 进入供热水管道（见图一/5#）
2.5热回水管道：经供水管道回到太阳能循环水箱（见图一/6#）
3.为实现全天候供水并最大限度的达到节能要求，要解决的问题：
3.1 全天候供水保证水温恒定;
3.2 在不增加大额支出的基础上合理利用现有设备;
3.3双水源优化设计（提供1路以上自来水源补充）;
3.4 解决水箱溢水问题;
3.5在有效提升水温的同时，使加热能源得以互补互用即在其中1个加热能源出现故障或不能使用时另一台设备可以作为单方面提供热水的应急系统;
3.6 最大利用太阳能资源;
3.7 解决因电热管工作产生的积垢难清理的问题;
3.8 解决屋顶电控箱电气线路凌乱的问题;
3.9优化的电控系统要有多重防护功能（Ⅲ）、联动功能、应急功能，并同时具有定时和全天候的控制操作功能;
3.10 更换已经损坏的闸阀增设应急闸阀;
3.11 增设自来水计量表和电能计量表以实际数据检验太阳能热水系统的节能实效性;
4.优化方案
为解决以上问题，我们多次进行现场勘察，查找问题的原因，进行检测原有线路，检查管道、发热管和热泵的运行正常与否，太阳能集热板的集热效果是否还能产热？等等，通过现场查勘后、查阅有关技术资料，制定了可行性方案。
4.1系统优化改造方案设计（详见图二：改造后的太阳能热水系统改造竣工图）
4.1.1 原太阳能水箱改为恒温供热水箱，原供热水箱改为加热水箱（见图二）
4.1.2 增加一套热水转移泵系统，其优点：（见图二/4#）
① 恒温供水区与高温加热区功能分开保持水温恒定，并可使恒温供水 水箱温度在需要时可以有效提升;
②提高了转移泵进水管口，使高温加热水箱来不及清洗的积垢不能进入恒温水箱，有效防止积垢进入供水管路及运行设备;
③恒温供水水箱容量得以增容，不至于在用水高峰期把水抽干或在热 泵故障不能启动时因迅速进入恒温供热水箱的冷水使供热水箱的水温兑冷;
④腾出管径DN65电热管除垢口，利于日常维护的除垢工作;
4.1.3把原来空气源热泵的进水口（原来在联通管上）挪动至恒温水箱自形成一个系统在加热水箱电热管故障、水温偏低、恒温水箱缺水情况下提供恒温加热保护;（见图二/3#）
4.1.4在处理合理太阳能资源的问题下我们是这样设计的：目前103楼因地域面积和水箱容量限制安装有太阳能平板集热器30块，合计60㎡按每平米日均产水60L计（年均太阳能辐射）共能产（45℃～60℃）的热水3.6T。（冬季也偶尔出现太阳但水温不足）原有太阳能系统采用强制循环系统通过水泵多梯次的把水箱里的水和太阳能平板集热器进行热交换加热方式，在全天候恒温供水模式下根本无法最大化的利用太阳能或利用效率很低。我方通过顶压式太阳能热水定温供水设计在不同季节不同太阳能辐射的情况下获得（30℃～70℃）的热水重新进入加热水箱二次提温加热在最大限度上提高了太阳能的利用效率;（见图 二/2#）
4.1.5在处理水箱溢水问题上我们做出如下优化设计：103楼安装有冷热水混合阀，由于供冷水压力和供热水压力的压力差导致偶尔有水箱溢水的现象我们采取在回水管道上增加回水电磁阀和分设回水管道的措施，解决了溢水的问题并使回水管道里的低温热水在不影响恒温供水箱的温度下可得以有效重复利用（见图 二/5#、6#）
4.2太阳能热水系统应急设计方案
4.2.1供热水系统应急方案：
恒温水箱与加热水箱各有独立的加热系统，恒温供热水箱供水管路通过应急闸阀与加热水箱相连，确保在一方系统出现故障时通过操作应急闸阀使得另一个系统能独立完成供水的任务;
4.2.2 双向自来水源的应急设计：
布置一条原来向103水池补水的自来水管道分支至加热水箱和恒温水箱，加热水箱用电磁阀控制恒温水箱用应急闸阀控制。正常情况下加热水箱的水源可通过太阳能集热器和回水管道补入，如果出现大水箱缺水或水泵故障的情况下电控系统将会自动驱动电磁阀打开补入自来水;（见图 二/2#）; 5 .实践效果
通过优化、改造方案后，该热水系统已正常运行了两年，度过了两个完整的冷暖季节，该太阳能熱水系统至少达到了以下目标：
5.1满足全全候供热水，在太阳能集热板数量有限前提下实现全全候热水供应。
5.2热水供应满意度大幅提高，在未改造前，住院病人经常投诉没有热水使用，严重影响病人的住院质量，甚至影响医院的整体满意度，改造后投诉率几乎为零。
5.3较大提高了节能效果，经过一年的测试、记录，每月定期或不定期监测，制成了表格，统计用水量和用电数，计算全年平均能耗为13.04KWh/t，夏季平均能耗为11.24KWh/t（见图三）。另外，在2020年2月19日监测到单独使用电热管供热水方式得出的用电量为90.5KWh/t（见图四），从表中得出使用太阳能热水系统供应热水远比使用电热管产热水能耗低，节能效果非常明显。
结语
随着社会经济的不断发展与进步，对能源的研究和和太阳能技术的应用已经成为社会发展的新格局、新动态。所以为了更好的适应现代化发展的潮流，要对其应用情况给予充分的考虑，对太阳能热水系统进行创新与优化，以此来更好的推动太阳能技术的发展。
参考文献
[1]陈学蕾，王中华.探析太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用[J].中国战略新兴产业，2018（08）：24-25
[2]吴清林.探讨太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用[J].中国标准化，2017（10）：172.
[3]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册第二版化学工业出版社，2011. 5
[4] 中华人民共和国国家标准民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 2011. 10 GB50364-2005 中国建筑工业出版社出版、发行
作者简介：陈凌欣，本科学历，高级工程师，研究方向：后勤管理和节能改造工程管理，工作单位：广西医科大学附属肿瘤医院，邮编：530021。
谢赛尧，本科学历，工程师，研究方向：太阳能研究、开发、安装，工作单位：广西天滋太阳能科技有限公司，邮编：530021
余长革，专科学历，研究方向：太阳能改造工程管理，工作单位：广西医科大学附属肿瘤医院，邮编：530021。
苏 波，专科学历，研究方向：太阳能改造工程管理，工作单位：广西医科大学附属肿瘤医院，邮编：530021。
關键词：太阳能热水系统;全天候供水;优化方案
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-05-302
1. 背景：某医院103号楼太阳能热水系统因地域面积限制安装有30块太阳能平板集热器和1台10p空气能循环热泵及4条12kW的电加热。原系统采用以太阳能强制循环为主，空气源热泵、电加热为辅的加热方式，供水采用定时供水工作模式存在供热水时间短、能耗高、太阳能利用效率不高等问题，要求在不增加现有的设备和充分考虑环保节能的前提下对其进行优化处理，以期达到全天候的用水需求。如何寻求既节能用时又短的实施优化方案是需要我们结合现场地理环境情况和工作流程来最终解决的问题。
2. 系统问题分析 （见图一：原有热水系统原理图）
2. 1强制太阳能循环系统：先补冷水后循环，显然不符合全天候恒温供水
模式;（见图一/2#）
2. 2空气源热泵加热系统：温度不足时对供热水箱和太阳能循环水箱进行循环加热;（见图一/3#）
2.3电加热系统：辅助电加热系统安装有4条12kW电加热在水温不足时辅以加热，耗能大且容易产生积垢;
2.4供热水系统：太阳能循环水箱1# 电加热水箱2# 电加热温度提升 进入供热水管道（见图一/5#）
2.5热回水管道：经供水管道回到太阳能循环水箱（见图一/6#）
3.为实现全天候供水并最大限度的达到节能要求，要解决的问题：
3.1 全天候供水保证水温恒定;
3.2 在不增加大额支出的基础上合理利用现有设备;
3.3双水源优化设计（提供1路以上自来水源补充）;
3.4 解决水箱溢水问题;
3.5在有效提升水温的同时，使加热能源得以互补互用即在其中1个加热能源出现故障或不能使用时另一台设备可以作为单方面提供热水的应急系统;
3.6 最大利用太阳能资源;
3.7 解决因电热管工作产生的积垢难清理的问题;
3.8 解决屋顶电控箱电气线路凌乱的问题;
3.9优化的电控系统要有多重防护功能（Ⅲ）、联动功能、应急功能，并同时具有定时和全天候的控制操作功能;
3.10 更换已经损坏的闸阀增设应急闸阀;
3.11 增设自来水计量表和电能计量表以实际数据检验太阳能热水系统的节能实效性;
4.优化方案
为解决以上问题，我们多次进行现场勘察，查找问题的原因，进行检测原有线路，检查管道、发热管和热泵的运行正常与否，太阳能集热板的集热效果是否还能产热？等等，通过现场查勘后、查阅有关技术资料，制定了可行性方案。
4.1系统优化改造方案设计（详见图二：改造后的太阳能热水系统改造竣工图）
4.1.1 原太阳能水箱改为恒温供热水箱，原供热水箱改为加热水箱（见图二）
4.1.2 增加一套热水转移泵系统，其优点：（见图二/4#）
① 恒温供水区与高温加热区功能分开保持水温恒定，并可使恒温供水 水箱温度在需要时可以有效提升;
②提高了转移泵进水管口，使高温加热水箱来不及清洗的积垢不能进入恒温水箱，有效防止积垢进入供水管路及运行设备;
③恒温供水水箱容量得以增容，不至于在用水高峰期把水抽干或在热 泵故障不能启动时因迅速进入恒温供热水箱的冷水使供热水箱的水温兑冷;
④腾出管径DN65电热管除垢口，利于日常维护的除垢工作;
4.1.3把原来空气源热泵的进水口（原来在联通管上）挪动至恒温水箱自形成一个系统在加热水箱电热管故障、水温偏低、恒温水箱缺水情况下提供恒温加热保护;（见图二/3#）
4.1.4在处理合理太阳能资源的问题下我们是这样设计的：目前103楼因地域面积和水箱容量限制安装有太阳能平板集热器30块，合计60㎡按每平米日均产水60L计（年均太阳能辐射）共能产（45℃～60℃）的热水3.6T。（冬季也偶尔出现太阳但水温不足）原有太阳能系统采用强制循环系统通过水泵多梯次的把水箱里的水和太阳能平板集热器进行热交换加热方式，在全天候恒温供水模式下根本无法最大化的利用太阳能或利用效率很低。我方通过顶压式太阳能热水定温供水设计在不同季节不同太阳能辐射的情况下获得（30℃～70℃）的热水重新进入加热水箱二次提温加热在最大限度上提高了太阳能的利用效率;（见图 二/2#）
4.1.5在处理水箱溢水问题上我们做出如下优化设计：103楼安装有冷热水混合阀，由于供冷水压力和供热水压力的压力差导致偶尔有水箱溢水的现象我们采取在回水管道上增加回水电磁阀和分设回水管道的措施，解决了溢水的问题并使回水管道里的低温热水在不影响恒温供水箱的温度下可得以有效重复利用（见图 二/5#、6#）
4.2太阳能热水系统应急设计方案
4.2.1供热水系统应急方案：
恒温水箱与加热水箱各有独立的加热系统，恒温供热水箱供水管路通过应急闸阀与加热水箱相连，确保在一方系统出现故障时通过操作应急闸阀使得另一个系统能独立完成供水的任务;
4.2.2 双向自来水源的应急设计：
布置一条原来向103水池补水的自来水管道分支至加热水箱和恒温水箱，加热水箱用电磁阀控制恒温水箱用应急闸阀控制。正常情况下加热水箱的水源可通过太阳能集热器和回水管道补入，如果出现大水箱缺水或水泵故障的情况下电控系统将会自动驱动电磁阀打开补入自来水;（见图 二/2#）; 5 .实践效果
通过优化、改造方案后，该热水系统已正常运行了两年，度过了两个完整的冷暖季节，该太阳能熱水系统至少达到了以下目标：
5.1满足全全候供热水，在太阳能集热板数量有限前提下实现全全候热水供应。
5.2热水供应满意度大幅提高，在未改造前，住院病人经常投诉没有热水使用，严重影响病人的住院质量，甚至影响医院的整体满意度，改造后投诉率几乎为零。
5.3较大提高了节能效果，经过一年的测试、记录，每月定期或不定期监测，制成了表格，统计用水量和用电数，计算全年平均能耗为13.04KWh/t，夏季平均能耗为11.24KWh/t（见图三）。另外，在2020年2月19日监测到单独使用电热管供热水方式得出的用电量为90.5KWh/t（见图四），从表中得出使用太阳能热水系统供应热水远比使用电热管产热水能耗低，节能效果非常明显。
结语
随着社会经济的不断发展与进步，对能源的研究和和太阳能技术的应用已经成为社会发展的新格局、新动态。所以为了更好的适应现代化发展的潮流，要对其应用情况给予充分的考虑，对太阳能热水系统进行创新与优化，以此来更好的推动太阳能技术的发展。
参考文献
[1]陈学蕾，王中华.探析太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用[J].中国战略新兴产业，2018（08）：24-25
[2]吴清林.探讨太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用[J].中国标准化，2017（10）：172.
[3]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册第二版化学工业出版社，2011. 5
[4] 中华人民共和国国家标准民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 2011. 10 GB50364-2005 中国建筑工业出版社出版、发行
作者简介：陈凌欣，本科学历，高级工程师，研究方向：后勤管理和节能改造工程管理，工作单位：广西医科大学附属肿瘤医院，邮编：530021。
谢赛尧，本科学历，工程师，研究方向：太阳能研究、开发、安装，工作单位：广西天滋太阳能科技有限公司，邮编：530021
余长革，专科学历，研究方向：太阳能改造工程管理，工作单位：广西医科大学附属肿瘤医院，邮编：530021。
苏 波，专科学历，研究方向：太阳能改造工程管理，工作单位：广西医科大学附属肿瘤医院，邮编：530021。