摘 要：簡要介紹中國石油科技創(chuàng)新基地建設(shè)用地位于中石油科技創(chuàng)新基地東北部，東起八達嶺高速公路綠化帶，西至原京包快速路綠化帶邊界。從項目背景、項目需求、工程技術(shù)方案、熱水系統(tǒng)的原理及控制運行方式和設(shè)計中需要注意的問題等簡述了太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新基地；熱水系統(tǒng)；設(shè)計；問題

1 項目背景

中國石油科技創(chuàng)新基地建設(shè)用地位于中石油科技創(chuàng)新基地東北部，東起八達嶺高速公路綠化帶，西至原京包快速路綠化帶邊界。本項目用地面積2.3萬平方米，總建筑面積約4.2萬平方米，地上約3.54萬平方米，地下約0.66萬平方米，由物業(yè)綜合樓、科技員工餐廳、物業(yè)員工餐廳、物業(yè)員工宿舍、北石廠員工倒班公寓五大部分組成。本工程屬多層民用建筑。

2 項目需求

本工程有熱水需求的項目比較零散，分別如下：地上三個餐廳（物業(yè)員工餐廳、科技員工餐廳、北石廠員工餐廳）、三棟宿舍樓（物業(yè)男/女宿舍、北石廠員工宿舍）及地下洗衣機房。其中，洗衣機房設(shè)備需要的熱水溫度各不相同，考慮到洗衣設(shè)備自帶加熱設(shè)備，故只需給洗衣機房預(yù)留冷水接口，由洗衣機房設(shè)備自行加熱。由于熱水使用方為三個不同的單位，在后勤管理上要盡量做到分開管理，但由于造價的原因不能分設(shè)三套系統(tǒng)，必須采用一套系統(tǒng)統(tǒng)一供水，分開計量。

3 工程技術(shù)方案

3.1 熱水量計算

熱水量計算以60°熱水計算，食堂只提供午餐、晚餐，按一日兩次計算。用水定額的取值，按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》（GB 50555-2010）的標準選取。各單體建筑熱水需求量計算表如下（表1）：

3.2 熱水系統(tǒng)

根據(jù)《北京市太陽能熱水系統(tǒng)城鎮(zhèn)建筑應(yīng)用管理辦法》【京建法（2012）3號】，考慮經(jīng)濟因素，以及項目市政條件，最終確定采用強制循環(huán)系統(tǒng)、直接換熱系統(tǒng)。

由于后勤管理盡量分開，集熱器與供熱水箱采用分離式設(shè)計。在物業(yè)男/女宿舍、北石廠員工宿舍這三棟建筑物屋頂安置集熱板，供熱水箱設(shè)置在地下一層熱水機房內(nèi)。本項目采用燃氣鍋爐，作為太陽能熱水系統(tǒng)的輔助熱源。

3.3 太陽能熱負荷計算

3.3.1 太陽能集熱系統(tǒng)

因真空管集熱器具有保溫性能好，低溫熱效率高，其吸收系數(shù)可達到94%～96%，輻射系數(shù)小于6%，適合在北方地區(qū)使用，故本項目采用真空管集熱器。

依據(jù)上述規(guī)范，具有多個不同使用熱水部門的單一建筑或具有多種使用功能的綜合性建筑，當其熱水由同一熱水系統(tǒng)供應(yīng)時，設(shè)計小時耗熱量，可按同一時間內(nèi)出現(xiàn)用水高峰的主要用水部門的設(shè)計小時耗熱量加其他部門的平均小時耗熱量。本項目主要用水部門為宿舍用水，用水時段為18-20時，此時其他部門均為非用水高峰時段，故設(shè)計小時耗熱量為宿舍用水設(shè)計小時耗熱量加餐廳平均小時耗熱量。計算得設(shè)計小時耗熱量Qh=2.6×106kJ/h。

3.3.3 儲熱水箱容積計算

根據(jù)《太陽能熱水系統(tǒng)施工技術(shù)規(guī)程》DB11 T 461-2007，供熱水箱Vgr=1.5×2.6×106/（60-15）*4.187*0.9863*1000=21m3，由于Vgr<0.4Vrx，且本項目使用人數(shù)較多，使用時間較集中，故采用單水箱供熱系統(tǒng)，減少造價。

水箱總?cè)莘e取75m3，5m（長）×5m（寬）×3m（高），有效容積55m3。

4 熱水系統(tǒng)的原理及控制運行方式

太陽能是綠色清潔環(huán)保的熱源，本工程選用太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣鍋爐共同組成熱源。熱水控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)先考慮太陽能熱水利用，太陽能制熱不足的情況下開啟輔助熱源補充供水。系統(tǒng)在不同監(jiān)測點的設(shè)備上安置了流量、溫度、濕度傳感器進行實時信號采集。

太陽能集熱系統(tǒng)采用溫差循環(huán)供水方式，當太陽能集熱器頂部溫度與出熱水箱溫度差Δt≥8℃時，啟動熱水自動循環(huán)泵；當Δt≤4℃時，循環(huán)泵停止運行。冬季寒冷季節(jié)，當管道溫度低于5℃時自動啟動防凍功能，熱水循環(huán)泵啟動，當管道溫度升至10℃時，循環(huán)泵停止工作。系統(tǒng)原理見圖1。

5 設(shè)計中需要注意的問題

①太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計中，管道供水的熱損失通常被忽略。集熱管道或熱水管道輸送距離較長的情況下，如果管道損失過大，可能導(dǎo)致熱水循環(huán)泵全天啟動，增加耗能。本項目以DN50的管道，250米計算，因設(shè)計熱水供水溫度60℃，回水溫度50℃。管道輸送60℃熱水250米損失的溫度約為2℃，故現(xiàn)有設(shè)計供、回水溫度設(shè)計合理。

②對規(guī)范中公式的正確選用。全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)并非特指24小時供水，而是指用水部門在用水時間內(nèi)需要隨時供應(yīng)熱水。規(guī)范中全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)與定時供應(yīng)熱水系統(tǒng)的設(shè)計小時耗熱量，在某些情況下，計算結(jié)果相差很大。

③集熱器總面積定義。目前世界上的測試太陽能集熱器的標準為歐盟的EN12975，我們中國采用GB19141等標準，里面含有多個面積的定義。所以在設(shè)計和應(yīng)用的時候需要分清楚，集熱器總面積是太陽光投射到集熱器的最大有效面積（包括了真空管間距，不包括邊框部分），有時稱為輪廓采光面積。

④管道的合理設(shè)計。管道的設(shè)計特別重要，如果系統(tǒng)管道設(shè)計不合理容易出現(xiàn)水頭阻力太大，出水量小，熱水供應(yīng)量不足，有時可能出現(xiàn)熱水短路等問題。嚴重影響了系統(tǒng)的正常運行，管道設(shè)計上盡量要求水路平衡，管道口徑要求與系統(tǒng)設(shè)計匹配，計算管道合理流量。

⑤控制系統(tǒng)的設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)正常運行的重要因素，通過它可以對熱水工程進行智能化控制。合理設(shè)置系統(tǒng)的信號采集節(jié)點，能優(yōu)化系統(tǒng)控制，從而降低故障率。另外，電氣系統(tǒng)具有一定的不穩(wěn)定性，而選擇合適的控制方式及生產(chǎn)廠家，可有效減少系統(tǒng)故障率。

作者簡介：

田森，1982年出生，中國建筑科學(xué)研究院，主任工程師，中級職稱。