2024年5月2日发(作者：苹果游戏下载平台)

公用工程设计ｆ　

ｂｉｌｅ　Ｕｔｉｌｌｔｉｅｓ　Ｄｅｓｉｇｎｌ　

【文章编号】１００７．９４６７（２０１０）１０．００８３．０６　

林萃公寓太阳能热水系统设计　

方案与应用总结　

●钱明杰　，田郡’．刘铭　（１．江苏江都建设工程有限公司北京分公司，北京１　００１９３　２．北京清华阳光能源开发有限公司，北京　

１０００８４）　

【摘要】太阳能系统运行采用温差循环（强制循环）与定温出　

水的工作方式；对太阳能水箱中的水不断加热。当太阳能水箱　

需要补水时，系统启动电磁阀进行补水，将水补充到设定水位　

时停止。当太阳能水温不足时，系统启动电辅助加热，将水温　

能热水。太阳能系统采用定温出水与温差循环工作　

方式对水箱中的水进行加热。总集热面积为　

１０８１．５ｍ２。集热器安装在小区的１＃、２＃、３＃与５＃　

楼屋面。系统冬季防冻采用电伴热带与热水防冻循　

环相结合的方式。　

加热到设定温度时停止。系统供水方式采用变频供水方式进　

行供水。　

【关键词】太阳能；集热器；变频水泵；水箱；电磁阀　

【中图分类号】ＴＵ８２２　【文献标志码】Ｂ　

１．３辅助能源　

采用１台电锅炉作为辅助热源，由板式换热器　

将热量传递给水箱，辅助热源功率为４５０ｋＷ。　

１工程总述　

１．１工程概况　

１．４控制系统　

系统配备清华阳光自主研发的ＰＬＣ液晶触摸屏　

控制器，并配备无线远传。　

１．５供水方式　

林萃公寓采用太阳能提供生活热水，此方案使　

用集中式联集管式热水系统方案，设计每天使用热　

水６０ｔ。　

供水系统采用变频供水系统。　

１．６参考设计规范　

ＧＢ／Ｔ　１８７１３．２００２《太阳能热水系统设计、安装　

１．２系统概况　

太阳能系统用于提供生活热水，总热水用水量　

为６０ｔ，热水温度为５５℃，采用清华阳光ＳＬＬ型集热　

器热水系统，系统配备１台９０ｔ水箱，用于储存太阳　

多种能源方案（或土壤源热泵复合式系统的不同调　

及工程验收技术规范》、ＧＢ／Ｔ５Ｏ３５２—２００５《民用建筑　

设计通则》、ＧＢ／Ｔ５０３４５．２００４（（屋面工程技术规范》、　

［３１于明丽．上海某别墅土壤源热泵与辐射顶板供冷供热空调　

系统设计实例［Ｊ］．工程建设与设计，２００８（３）．＂４－８．　

Ｉ４ｌ江章宁，胡平放，雷飞，等．地埋管地源热泵系统冬季运行测　

峰比例的方案）宜采用多目标的决策方法，综合考虑　

初投资、运行费用、能耗、运行维护以及机房、换热孔　

的占地面积等因素，做出方案的排序，选出整体最优　

方案。　

【参考文献】　

Ｉｌｌ徐伟，等译．地源热泵工程技术指南［Ｍ］．北京：中国建筑工　

业出版社，２００１．　

【２】张燕立，张新发，由世俊．土壤源热泵空调工程的设计与施　

试研究［Ｊ］．暖通空调，２００９，３９（３）：１１５—１１８．　

【５】ＧＢ　５０３６６．２００５地源热泵系统工程技术规范（２００９年版）　

［Ｓ］．　

孙璐（１９７８￣），女，陕西西安人，工程师，从事暖通空调、热泵　

与蓄能空调、给排水专业的工程管理工作，（电子信箱）　

ｓｕｎｌ　１　１５＠１２６．ｃｏｍ。　

－ｒ［ｊ］．制冷与空调，２００６，６（２）：９７．１０１．　

８３　

　ｌ公用工程设计　

ｌＰｕｂｌｉｃ　Ｕｔｄ￣ｓＤｅ３抽ｎ　

ＧＢ／Ｔ５０３６４—２００５《民用建筑太阳能热水系统应用技　集热面积为１０８１．５　ｍ２，共计２１６块。　

术规范》、ＧＢ／Ｔ２００９５．２００６《太阳能热水系统性能评　

定规范》、ＧＢ／Ｔ　１７０４９－－２００５（（全玻璃真空太阳集热　

集热器分为３层摆放，共计７２列。集热器安装　

屋面预留基础上，根据屋面倾角，集热器与水平面夹　

角约为３０。。　

管》、ＧＢ／Ｔ　１７５８１－－２００６《真空管太阳集热器》、　

ＧＢ／Ｔ５ｏ０１５．２００３《建筑给水排水设计规范》、　

ＧＢ／Ｔ５０２４２．２００２《建筑给水排水及采暖工程施工质　

量验收规范》、ＧＢ４７０６．１—１９９８《设备及管道保温技术　

２。２储热水箱容积的计算与水箱材质选择　

１）计算原则：一般来说，对应于每平方米太阳集　

热器采光面积，需要的贮热水箱容积为４ＯＬ一１００Ｌ。　

通则》、ＧＢ　５０００９．２００１《建筑结构载荷规范》、ＧＢ　

５０３０３—２００２《建筑电气安装工程施工质量验收规　

范》、ＧＢ　５０２０５．２００１《钢结构工程施工质量验收规　

范》、ＧＢ　５０１８９．２００５《公共建筑节能设计标准》、ＧＢ　

５０２６８《给水排水管道工程施工及验收规范》　

２数据计算　

２．１太阳能集热面积计算　

根据国家现行标准（（太阳热水系统设计、安装及　

工程验收技术规范》ＧＢ／Ｔ　１８７１３．２００２中的计算公　

式，计算过程如下：　

２．１．１集热面积计算公式：　

Ａ　：　～　

叼　ｄ（１－ｎＬ）　

（１）

…　

　

式中，４　为系统集热器采光面积，ｍ２；Ｑ。，为日平均用水量，　

，

取６．０ｘ　１０４ｋｇ；　为水的定压比热容，取４．１８ｋＪ／（ｋｇ　

・

℃）；　为贮热水箱内水的终ＩＥ温度，℃，取１５＂Ｃ；ｔ￣为水的　

初始温度，取１５￣Ｃ；Ｊ，为当地春分或秋分所在集热器受热　

面上当月日平均太阳辐照量，ｋＪ／ｍ　，依照晴好天气下平　

均每天１．７ｘ１０４ｋＪ／ｍ２ｉｆ为太阳能保证率，无量纲；　

为集热器全日集热效率，无量纲；叼，为管路及贮水箱　

热损失率，无量纲；，＇７　（１一仇）综合后即为系统效率，　

清华阳光热水系统平均效率在４５％以上，在此按照　

４５％计算；　

经计算得出，太阳能系统的集热面积为１０４９　

１１３２

。　

２．１．２集热面积的确定与集热器摆放情况　

根据楼面情况，采用不同型号的ＳＬＬ集热器做　

阵列，采用基本型号为ＳＬＬ１５００／５０、ＳＬＬ１２００／５０、　

ＳＬＬ１５００／４０、ＳＬＬ１２００／４０。经计算并取整后系统实际　

通常情况下，推荐采用的比例关系通常为每平方米　

太阳集热器采光面积对应７５Ｌ贮热水箱容积。　

２）水箱容积计算：考虑到水箱容积的取整与水　

箱造价等因素，另外需要为部级干部预留一部分富　

裕水量，经选择，水箱容积应为９０ｔ。　

３）水箱材质：水箱内胆３０４２Ｂ食品级不锈钢制　

成，水箱外壳采用３０４不锈钢模块制成，内胆与外壳　

之间进行保温，保温材质为聚氨酯发泡，厚度为１００　

２．３辅助加热能量计算与辅助能源形式选择　

１）一般太阳能采用电辅助加热，蓄热式系统加　

热功率（节能运行）计算如下：　

式中：　为耗电量，ｋＷ・ｈ，待计算；Ｑ　为小时耗热量　

ｋＷ・ｈ，太阳能系统经验参数为８５５０１　为水加热设　

备效率一般按９５％计算。　

２）计算结果：根据蓄热式系统进行计算，经综合　

考虑，设计一台４５０ｋＷ的电锅炉作为辅助热源。　

３）设计选型：选择电加热功率为４５０ｋＷ的电锅　

炉进行辅助加热。　

３系统运行原理　

３．１运行原理　

屋面布置太阳能集热器阵列，太阳能系统运行　

采用温差循环（强制循环）与定温出水的工作方式，对　

太阳能水箱中的水不断加热。当太阳能水箱需要补　

水时，系统启动电磁阀进行补水，将水补充到设定水　

位时停止。当太阳能水温不足时，系统启动电辅助加　

公用工程设计Ｉ　

Ｐｕｂｌｉｃ　Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ　ｓ　Ｉ　

热，将水温加热到设定温度时停止。　

３．２太阳能系统运行原理（见图１）　

物照片。照片中的太阳能集热器与屋面结合紧密牢　

固，在外观上有整体美感，太阳能集热器与屋面基本　

为一个整体，且颜色保持一致，实现了两者的协调与　

图１光电太阳能生活热水系统运行图　

１）系统上水管ＤＮ１００提供至水箱附近；　

２）太阳能设备需要在水箱附近提供不小于５００　

ｌ　的三相电源；　

３）在水箱附近预留热水供水管，管径初步定位　

ＤＮ１００ｍｍ。在水箱附近预留热水回水管，管径初步　

定位ＤＮ５０ｍｍ。　

４）集热器的载荷为７０Ｎ／ｍ　左右，需要保证屋面　

承载能力；　

５）水箱对设备间载荷约为２×１０　，ｍ　，水箱位置　

置于４＃地下１层水箱间，水箱基础采用混凝土条制　

作。　

４太阳能热水系统应用的总结　

４．１工程总体情况分析介绍　

林萃公寓太阳能系统从规划、设计到施工及交　

付使用等流程严格按照太阳能与建筑一体化的要求　

进行。做到建筑一体化需要与建筑同步规划、同步设　

计、同步施工与同步验收。　

太阳能与建筑一体化的目的即使民用建筑太阳　

能热水系统安全可靠、性能稳定、与建筑和周围环境　

协调统一，规范太阳能热水系统的设计、安装和工程　

验收，保证工程质量。适用于城镇中使用太阳能热水　

系统的新建、扩建和改建的民用建筑，以及改造既有　

建筑上已安装的太阳能热水系统和在既有建筑上增　

设太阳能热水系统。　

太阳能与建筑一体化从视觉方面主要体现在美　

观性上，如图２所示为该项目５＃的屋面集热器实　

统一。　

圈２林苹公寓５掸屋面梁热器实物照片　

集热器基础采用混凝土浇筑制成，与楼板牢固　

连接，内置预埋铁。集热器安装在牢固焊接的钢结构　

支架上。此种安装方式确保建筑物的承重、防水等功　

能不受影响，另外充分考虑太阳集热器抵御强风、暴　

雪、冰雹等的能力。设计图纸如图３所示。　

板　

卿４ｉ　

图３集热器基础制作安装图　

鼢　

集热器采用嵌入式安装，安装完成后集热器与　

屋面瓦齐平。集热器与基础牢固结合，并且便于维修　

～　一　

拆卸。　

太阳能系统各型设备均置于太阳能设备间，设　

备间位于４＃地下１层，由太阳能水系统设备间与　

电控系统设备间组成。系统中的储热水箱、稳压罐、　

水泵、电磁阀、电锅炉（炉体）、换热器等均在水系统　

设备间。太阳能智能控制器、强电柜、配电箱及电锅　

炉强电柜均置于电控系统设备间。　

４。２联集管式太阳能系统的优势与特点　

联集管太阳热水系统是由：ＳＬＬ一５０系列联集　

器、全玻璃真空集热管、储热水箱、管路系统、控制系　

ｌ公用工程设计　

ＩＰｕｂｌｉｃ　Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　

统和辅助能源部分组成的。每套联集管太阳热水系　

统由若干块集热器阵列而成。　

４．２．１集热器　

用本公司翻边结构和多道半“Ｏ”形密封圈两项专利　

（专利号ｉ　９４２１８４４８．３、９４２１８４５０．５、９６２１６１２２．５），使用　

寿命长、密封严密、安全可靠；　

承压能力——由于特殊设计的承压结构，集热　

器在工作时可以承受０．１ＭＰａ的压力，可采用自然循　

环或强制循环方式运行。　

１）集热器由联集器与真空管组成，用于吸收太　

阳辐照并转化为热量储存起来。联集器储水部分为　

聚氨酯整体发泡保温，内胆为３０４不锈钢，外壳为　

４３０不锈钢或者镀铝锌板，具有设计合理，耐腐蚀，强　

度大、不变形、使用寿命长等优点。照片如图４。　

图４集热器太阳热水系统　

２）集热器规格型号表　

表１　ＳＬＬ一，ｌｃ／５Ｏ系列集热器规格型号　

品　ＳＬＬ一１５０　５０　

１５００ｒａｍ“速乐’髀真空管　

真空管数量　只　

５Ｏ　

集热面积柚　

６．２５　

内胆材料　

ｌｎｍａ不锈钢　

外壳材料　

０．６ｍｍ不锈钢，镀铝锌板　

保温材料　

４５ｒａｍ聚氨酯　

密封材料　

硅橡胶密封圈　

外形尺寸／ｍｍ　

２０ｏ０ｘ３ｌ０ｏｘｌ４０　

质量，　

１００　

３）集热器特点　

国际首创——将全玻璃真空集热管东西方向水　

平放置组合而成联集管式集热器是清华阳光公司的　

发明（专利号：９４２１８４４８＿３、９６２１５８６７．４、９６１２０４１４．１）　

世界领先——１９９６年经瑞士Ｒａｐｐｅｒｓｗｉｌ太阳能　

检测中心按ＩＳＯ９８６０６—１标准测试，清华阳光　

ＳＬＬ一１２００／５０联集管式集热器的瞬时效率截距居世　

界领先水平。　

自然跟踪——圆柱形真空集热管水平放置，对　

不同季节太阳高度角的变化具有自然跟踪特性，其　

采光投影面积在一年四季中几乎不变。　

密封结构——真空集热管与联集管结合处，采　

组合任意——可根据需要，将联集管式集热器　

任意组合成不同采光面积的热水系统。　

４）集热器外形尺寸（见图５）　

图５　ＳＬＬ一１　２００系列集热器外形尺寸图　

４．２．２“晒乐”真空管　

１）ＳＬＬ联集器可采用清华阳光自主生产的“晒　

乐”牌硼硅玻璃真空管，具有完全自主知识产权。　

２）结构说明：全玻璃真空太阳集热管由具有太阳选　

择性吸收涂层的内玻璃管和同轴的罩玻璃管构成，内　

玻璃管一端为封闭的圆顶形状，由罩玻璃管封离端内　

带吸气剂的支撑件支撑；另一端与罩玻璃管一端熔封　

为环状的开口端．其结构如图６所示。　

图６“晒乐’，ｊ　空管结构图　

３）规格型号表（详细参数参照检测报告，见表２）　

４）　晒乐’，】　空集热管性能特点　

性能好：拥有核心技术全部知识产权。　

集热快：采用清华大学殷志强教授发明并获得　

国家发明专利的“渐变铝一氮／铝太阳选择性吸收涂　

表２“晒乐”系列真空管主要规格参数　

罩玻璃管直径　

４７ｒａｍ　

内玻璃管直径　

３７ｍｍ　

罩玻璃管的透射比　

＞Ｑ９０　

真空集热管长度　

１５００ｍｍ　

太阳吸收比　

ｏ．９１　

发射比　优于国标　

真空度　

压强＝５ｘｌＯ一２Ｐａ　

典型空晒温度　

２００℃　

热损系数　

＝ｏ．８５Ｗ／（ｍ　℃）　

抗冰雹能力　

直径２５ｍｍ冲击不破损　

耐压　

０．６Ｍｐ　

寿命　

１５年　

层”，集热效率高，太阳吸收比优于国家标准。　

散热慢：由于在真空集热管夹层之间保持较高　

真空度，可最大限度地减少由于热传导、热对流造成　

的热量损失。　

寿命长：清华大学电真空专家设计的高效节能　

真空排气机与计算机在线监控系统，保证了“速乐”　

牌真空管不低于１５ａ的使用寿命。　

材料净：采用被称为“玻璃王”的“硼硅玻璃３．３”　

为原料，强度大，抗化学侵蚀性、光学性能、热稳定　

性、机械性能极佳；抗２５ｍｍ冰雹冲击不破损。　

启动快：ｑ０４７ｍｍ的真空集热管比普通￣５８ｍｍ　

的真空集热管减少了无效存水，使整个系统启动更　

快。另外，ｑｂ４７ｍｍ的真空集热管比普通￣５８ｍｍ的　

真空集热管在晚间散失热量更小，特别在冬季时减　

少了能量损耗。　

４．２．３储热水箱　

１）储热水箱用于储存生活热水，同时也是太阳　

能系统的热媒水。生活热水由太阳能水箱直接提供。　

２）水箱材质严格按照食品级内胆进行选材，一　

般为３０４不锈钢或炭钢搪瓷保温水箱，水箱可以是　

整体结构也可以现场拼装，水箱一般具有如下性能：　

保温性能好、足够的容积、能安装水位和温度传感　

器、能安装辅助电加热装置、具有排污口和人孔。　

４．２．４管路系统　

１）管路系统一般包括冷水管路、太阳能循环管　

路与供水管路（回水管路）及相应的保温与防冻。　

２）冷水管路是指建筑预留好的自来水接头与太　

阳能系统连接的管路；太阳能循环管路是指太阳能　

集热器与太阳能储水箱之间的内循环管路，主要是　

公用工程设计Ｉ

Ｉ

　

　

———　

从集热器到储热水箱之间的管道。供水管路包括太　

阳能水箱连接到建筑主供水管道与回水管道。　

３）对于北方地区，除保温材料外，还需要安装电　

伴热带。　

４．２．５辅助能源　

１）辅助热源系统是指太阳能和其他水加热设备　

联合使用提供热水，在没有太阳能或者太阳辐照强　

度不足时，仅依靠系统配备的其他能源的水加热设　

备也能提供建筑物所需热水的系统。在需要保证生　

活热水供应质量的场合，辅助热源是必不可少的。　

２）太阳能系统可与电辅助、燃气锅炉或者燃油　

锅炉进行结合；也可与市政热水、采暖热水、蒸汽等　

能源通过换热器换热。一般来讲，为保证清洁、方便　

与减少初期投资的方面考虑，太阳能系统辅助能源　

采用电辅助加热。　

４．２．６控制系统　

１）采用北京清华阳光公司开发的具有自主知识　

产权的一体式ＴＨ．ＳＬＬ系列智能控制器，采用进口压　

力传感器作为核心传感元件。　

２）控制器主要功能　

手动上水功能：储热水箱水位低于设定上限值　

时，按手动上水键上水到设定值后停止，在上水过程　

中再按一次该键停止上水。（该功能只在调试阶段有　

用）。　

定时上水功能：储热水箱水位低于设定下限值　

时，到达设定时间，控制器打开电磁阀上水，达到设　

定上限值后停止。　

循环上水功能：只要储热水箱水位低于下限水　

位，控制器打开电磁阀上水，达到设定上限水位后自　

动停止。　

手动加热功能：储热水箱水温低于设定温度时，　

按手动加热键启动电加热，加热到设定温度后停止，　

在加热过程中再按一次手动加热键停止加热（该功　

能只在调试阶段有用，当水箱水温高于设定温度时，　

该功能无效）。　

定时加热功能：当时间达到设定的定时加热时　

间，（且水箱温度低于设定温度时）自动启动辅助电　

加热，加热到设定温度后自动停止。　

８７　

Ｉ　

『公用工程设计　

；『－一　

循环加热功能：只要水箱水温低于设定值５＂Ｃ　

时，电加热自动启动，当水箱温度高于设定温度１℃　

后自动停止，如此往复循环，保证水箱水温恒定在设　

热断电四种防护。　

４．２．７一体式工程控制器线路图（见图７）　

定温度。　

温差循环功能：储热水箱水位低于设定上限水　

位且水箱温度低于设定值，或水箱水位已满（６格）　

时，执行该功能。　

定温出水功能：储热水箱水位不满，水箱水温高　

于或等于设定温度时执行该功能。　

防冻循环功能：在北方寒冷地区的冬季，当集热　

器底部温度小于５℃时，如果储热水箱内有热水时，　

控制系统启动循环泵，把水箱中热水循环到管路中，　

当集热器底部温度高于ＩＯ￣Ｃ时关闭循环泵，停止循　

环；若储热水箱无水，控制器打开电磁阀Ｅ１顶水，同　

时启动循环泵循环水箱中的水，当集热热器底部温　

度高于１０℃同时关闭电磁阀和循环泵。　

泵循环功能：按“泵循环”键，启动循环泵，循环　

管路中的水，防冻和升高水箱中的水温。（该功能只　

在调试系统时单独使用）　

管路循环功能：当供水管路中的水温低于使用　

温度（用水最远点温度）时，控制系统启动循环泵Ｐ２，　

将供水管路中的低温水循环到水箱中，保证供水干　

管中始终有热水，从而用户一开笼头就有热水，同时　

防止供水水管在冬季冻裂。（只有用户的系统有回水　

管道时才能实现该功能，该功能需要特殊定制。）　

伴热带功能：冬天气温较低时，通过启动伴热带　

防止上下水水管冻裂。当上水管路中水温低于设定　

温度时，启动伴热带，加热上水管路，直到管路中的　

水温高于设定值５￣Ｃ时停止，如此循环往复。或者手　

动按伴热带键启动伴热带功能，到管路中的水温高　

于设定值５℃时停止。（该功能需要特殊定制。）　

停电保持功能：停电时，保存设定１２ｈ，来电照　

常运行。　

故障报警功能：将可能发生的故障显示出来，以　

便维修。　

宽电压工作功能：　

可承受较宽电压波动，耐高

压、低压幅度大。　

安全防护功能：系统设有短路、过流、漏电和过　

８８　

图７线路图（一体式工程控制器）　

５林萃公寓楼经济性分析　

根据以上计算过程，对林萃公寓楼太阳能工程　

进行经济性对比分析。计算结果如表３所示。　

表３经济性对比分析　

目　

焉－命期内币约费用（柞陡　钒　）　ｊ元　

榆期内　约费用（　扫　断驴）朊　

焉－命期内诱ｇ费用（桩障闩　锅炉）厩　

回收年限预评估（相对于电锅炉）ｌａ　

回收年限预评估（相对于燃油锅炉）／ａ　

回收年限预评估（相对于燃气锅炉）／ａ　

环保效益评估（寿命期内减排ＣＯ２）／ｔ　

备注：①上述数值受年利率、能源实际价格等因素影响较　

大，仅供当前参考；②年节能可折算为７９６１２７ｋＷ・

；；　～

ｈ。

　

　

【参考文献】

一　誊

　

；

［ＩＩＧＢ／Ｔ　１８７１３．２００２太阳能热水系统设计、安装及工程验收　

技术规范ＩＳ１。　

［２］ＧＢ／Ｔ５０３６４．２００５民用建筑太阳能热水系统应用技术规范　

［Ｓ］。　

［３］ＧＢ／Ｔ１７０４．２００５全玻璃真空太阳能集热管【Ｓ］．　

［４］ＧＢＦＦ　１７５８１．２００６真空管太阳集热器【Ｓ】．　

【收稿日期］２０１０．０３．１９　

溺　

钱明杰（１９７５￣），男，江苏江都人，工程师，从事建筑节能施工　

工程设计管理，（电子信箱）１５３４０９６１６＠ｑｑ．ｔｏｍ。