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摘 要：简要介绍中国石油科技创新基地建设用地位于中石油科技创新基地东北部，东起八达岭高速公路绿化带，西至原京包快速路绿化带边界。从项目背景、项目需求、工程技术方案、热水系统的原理及控制运行方式和设计中需要注意的问题等简述了太阳能热水系统设计。
关键词：创新基地；热水系统；设计；问题
1 项目背景
中国石油科技创新基地建设用地位于中石油科技创新基地东北部，东起八达岭高速公路绿化带，西至原京包快速路绿化带边界。本项目用地面积2.3万平方米，总建筑面积约4.2万平方米，地上约3.54万平方米，地下约0.66万平方米，由物业综合楼、科技员工餐厅、物业员工餐厅、物业员工宿舍、北石厂员工倒班公寓五大部分组成。本工程属多层民用建筑。
2 项目需求
本工程有热水需求的项目比较零散，分别如下：地上三个餐厅（物业员工餐厅、科技员工餐厅、北石厂员工餐厅）、三栋宿舍楼（物业男/女宿舍、北石厂员工宿舍）及地下洗衣机房。其中，洗衣机房设备需要的热水温度各不相同，考虑到洗衣设备自带加热设备，故只需给洗衣机房预留冷水接口，由洗衣机房设备自行加热。由于热水使用方为三个不同的单位，在后勤管理上要尽量做到分开管理，但由于造价的原因不能分设三套系统，必须采用一套系统统一供水，分开计量。
3 工程技术方案
3.1 热水量计算
热水量计算以60°热水计算，食堂只提供午餐、晚餐，按一日两次计算。用水定额的取值，按照《民用建筑节水设计标准》（GB 50555-2010）的标准选取。各单体建筑热水需求量计算表如下（表1）：
3.2 热水系统
根据《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》【京建法（2012）3号】，考虑经济因素，以及项目市政条件，最终确定采用强制循环系统、直接换热系统。
由于后勤管理尽量分开，集热器与供热水箱采用分离式设计。在物业男/女宿舍、北石厂员工宿舍这三栋建筑物屋顶安置集热板，供热水箱设置在地下一层热水机房内。本项目采用燃气锅炉，作为太阳能热水系统的辅助热源。
3.3 太阳能热负荷计算
3.3.1 太阳能集热系统
因真空管集热器具有保温性能好，低温热效率高，其吸收系数可达到94%～96%，辐射系数小于6%，适合在北方地区使用，故本项目采用真空管集热器。
依据上述规范，具有多个不同使用热水部门的单一建筑或具有多种使用功能的综合性建筑，当其热水由同一热水系统供应时，设计小时耗热量，可按同一时间内出现用水高峰的主要用水部门的设计小时耗热量加其他部门的平均小时耗热量。本项目主要用水部门为宿舍用水，用水时段为18-20时，此时其他部门均为非用水高峰时段，故设计小时耗热量为宿舍用水设计小时耗热量加餐厅平均小时耗热量。计算得设计小时耗热量Qh=2.6×106kJ/h。
3.3.3 储热水箱容积计算
根据《太阳能热水系统施工技术规程》DB11 T 461-2007，供热水箱Vgr=1.5×2.6×106/（60-15）*4.187*0.9863*1000=21m3，由于Vgr<0.4Vrx，且本項目使用人数较多，使用时间较集中，故采用单水箱供热系统，减少造价。
水箱总容积取75m3，5m（长）×5m（宽）×3m（高），有效容积55m3。
4 热水系统的原理及控制运行方式
太阳能是绿色清洁环保的热源，本工程选用太阳能集热系统与燃气锅炉共同组成热源。热水控制系统设计优先考虑太阳能热水利用，太阳能制热不足的情况下开启辅助热源补充供水。系统在不同监测点的设备上安置了流量、温度、湿度传感器进行实时信号采集。
太阳能集热系统采用温差循环供水方式，当太阳能集热器顶部温度与出热水箱温度差Δt≥8℃时，启动热水自动循环泵；当Δt≤4℃时，循环泵停止运行。冬季寒冷季节，当管道温度低于5℃时自动启动防冻功能，热水循环泵启动，当管道温度升至10℃时，循环泵停止工作。系统原理见图1。
5 设计中需要注意的问题
①太阳能热水系统的设计中，管道供水的热损失通常被忽略。集热管道或热水管道输送距离较长的情况下，如果管道损失过大，可能导致热水循环泵全天启动，增加耗能。本项目以DN50的管道，250米计算，因设计热水供水温度60℃，回水温度50℃。管道输送60℃热水250米损失的温度约为2℃，故现有设计供、回水温度设计合理。
②对规范中公式的正确选用。全日制热水供应系统并非特指24小时供水，而是指用水部门在用水时间内需要随时供应热水。规范中全日制热水供应系统与定时供应热水系统的设计小时耗热量，在某些情况下，计算结果相差很大。
③集热器总面积定义。目前世界上的测试太阳能集热器的标准为欧盟的EN12975，我们中国采用GB19141等标准，里面含有多个面积的定义。所以在设计和应用的时候需要分清楚，集热器总面积是太阳光投射到集热器的最大有效面积（包括了真空管间距，不包括边框部分），有时称为轮廓采光面积。
④管道的合理设计。管道的设计特别重要，如果系统管道设计不合理容易出现水头阻力太大，出水量小，热水供应量不足，有时可能出现热水短路等问题。严重影响了系统的正常运行，管道设计上尽量要求水路平衡，管道口径要求与系统设计匹配，计算管道合理流量。
⑤控制系统的设计。控制系统是太阳能热水系统正常运行的重要因素，通过它可以对热水工程进行智能化控制。合理设置系统的信号采集节点，能优化系统控制，从而降低故障率。另外，电气系统具有一定的不稳定性，而选择合适的控制方式及生产厂家，可有效减少系统故障率。
作者简介：
田森，1982年出生，中国建筑科学研究院，主任工程师，中级职称。
关键词：创新基地；热水系统；设计；问题
1 项目背景
中国石油科技创新基地建设用地位于中石油科技创新基地东北部，东起八达岭高速公路绿化带，西至原京包快速路绿化带边界。本项目用地面积2.3万平方米，总建筑面积约4.2万平方米，地上约3.54万平方米，地下约0.66万平方米，由物业综合楼、科技员工餐厅、物业员工餐厅、物业员工宿舍、北石厂员工倒班公寓五大部分组成。本工程属多层民用建筑。
2 项目需求
本工程有热水需求的项目比较零散，分别如下：地上三个餐厅（物业员工餐厅、科技员工餐厅、北石厂员工餐厅）、三栋宿舍楼（物业男/女宿舍、北石厂员工宿舍）及地下洗衣机房。其中，洗衣机房设备需要的热水温度各不相同，考虑到洗衣设备自带加热设备，故只需给洗衣机房预留冷水接口，由洗衣机房设备自行加热。由于热水使用方为三个不同的单位，在后勤管理上要尽量做到分开管理，但由于造价的原因不能分设三套系统，必须采用一套系统统一供水，分开计量。
3 工程技术方案
3.1 热水量计算
热水量计算以60°热水计算，食堂只提供午餐、晚餐，按一日两次计算。用水定额的取值，按照《民用建筑节水设计标准》（GB 50555-2010）的标准选取。各单体建筑热水需求量计算表如下（表1）：
3.2 热水系统
根据《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》【京建法（2012）3号】，考虑经济因素，以及项目市政条件，最终确定采用强制循环系统、直接换热系统。
由于后勤管理尽量分开，集热器与供热水箱采用分离式设计。在物业男/女宿舍、北石厂员工宿舍这三栋建筑物屋顶安置集热板，供热水箱设置在地下一层热水机房内。本项目采用燃气锅炉，作为太阳能热水系统的辅助热源。
3.3 太阳能热负荷计算
3.3.1 太阳能集热系统
因真空管集热器具有保温性能好，低温热效率高，其吸收系数可达到94%～96%，辐射系数小于6%，适合在北方地区使用，故本项目采用真空管集热器。
依据上述规范，具有多个不同使用热水部门的单一建筑或具有多种使用功能的综合性建筑，当其热水由同一热水系统供应时，设计小时耗热量，可按同一时间内出现用水高峰的主要用水部门的设计小时耗热量加其他部门的平均小时耗热量。本项目主要用水部门为宿舍用水，用水时段为18-20时，此时其他部门均为非用水高峰时段，故设计小时耗热量为宿舍用水设计小时耗热量加餐厅平均小时耗热量。计算得设计小时耗热量Qh=2.6×106kJ/h。
3.3.3 储热水箱容积计算
根据《太阳能热水系统施工技术规程》DB11 T 461-2007，供热水箱Vgr=1.5×2.6×106/（60-15）*4.187*0.9863*1000=21m3，由于Vgr<0.4Vrx，且本項目使用人数较多，使用时间较集中，故采用单水箱供热系统，减少造价。
水箱总容积取75m3，5m（长）×5m（宽）×3m（高），有效容积55m3。
4 热水系统的原理及控制运行方式
太阳能是绿色清洁环保的热源，本工程选用太阳能集热系统与燃气锅炉共同组成热源。热水控制系统设计优先考虑太阳能热水利用，太阳能制热不足的情况下开启辅助热源补充供水。系统在不同监测点的设备上安置了流量、温度、湿度传感器进行实时信号采集。
太阳能集热系统采用温差循环供水方式，当太阳能集热器顶部温度与出热水箱温度差Δt≥8℃时，启动热水自动循环泵；当Δt≤4℃时，循环泵停止运行。冬季寒冷季节，当管道温度低于5℃时自动启动防冻功能，热水循环泵启动，当管道温度升至10℃时，循环泵停止工作。系统原理见图1。
5 设计中需要注意的问题
①太阳能热水系统的设计中，管道供水的热损失通常被忽略。集热管道或热水管道输送距离较长的情况下，如果管道损失过大，可能导致热水循环泵全天启动，增加耗能。本项目以DN50的管道，250米计算，因设计热水供水温度60℃，回水温度50℃。管道输送60℃热水250米损失的温度约为2℃，故现有设计供、回水温度设计合理。
②对规范中公式的正确选用。全日制热水供应系统并非特指24小时供水，而是指用水部门在用水时间内需要随时供应热水。规范中全日制热水供应系统与定时供应热水系统的设计小时耗热量，在某些情况下，计算结果相差很大。
③集热器总面积定义。目前世界上的测试太阳能集热器的标准为欧盟的EN12975，我们中国采用GB19141等标准，里面含有多个面积的定义。所以在设计和应用的时候需要分清楚，集热器总面积是太阳光投射到集热器的最大有效面积（包括了真空管间距，不包括边框部分），有时称为轮廓采光面积。
④管道的合理设计。管道的设计特别重要，如果系统管道设计不合理容易出现水头阻力太大，出水量小，热水供应量不足，有时可能出现热水短路等问题。严重影响了系统的正常运行，管道设计上尽量要求水路平衡，管道口径要求与系统设计匹配，计算管道合理流量。
⑤控制系统的设计。控制系统是太阳能热水系统正常运行的重要因素，通过它可以对热水工程进行智能化控制。合理设置系统的信号采集节点，能优化系统控制，从而降低故障率。另外，电气系统具有一定的不稳定性，而选择合适的控制方式及生产厂家，可有效减少系统故障率。
作者简介：
田森，1982年出生，中国建筑科学研究院，主任工程师，中级职称。