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太陽能作為節能環保的重要能源,在幼兒園建筑洗浴太陽能熱水工程系統中得到了越來越多的應用。山東、江蘇、河北、河南等多個省市已強制規定在用水量較大的病房樓洗浴太陽能熱水工程系統中采用太陽能作為熱源,并要求太陽能設備與主體建筑同步設計、同步施工、同步驗收。
然而,太陽能作為幼兒園建筑洗浴太陽能熱水工程系統的熱源存在一定的局限性。一是由于太陽能受季節、氣候影響較大,當遇陰雨天氣日照不充足時,不能滿足使用要求;二是受建筑布局及面積的影響,太陽能集熱板在病房樓屋頂上布置的數量有限,不能提供足夠的熱量。幼兒園建筑洗浴熱水用水量大,太陽能太陽能熱水工程系統需要與其他熱源系統聯合供應熱水。
以山東省某幼兒園為例,在冬季由熱電廠提供的
熱水作為該院生活太陽能熱水工程系統的熱源,采用熱媒換熱系統為主、太陽能太陽能熱水工程系統為輔的制熱水方式,可為幼兒園生活熱水用水末端提供穩定可靠的洗浴熱水。但是只在冬季才有熱電廠供應熱水,在夏季和過渡季節,僅靠太陽能系統在陰雨天氣仍不能滿足幼兒園對生活熱水的需要。于是,該院在夏季和過渡季節采用了太陽能太陽能熱水工程系統為主、空氣源熱泵熱水機組系統為輔的制熱水方式,減輕了熱水制備對于日趨緊張的燃料供應的依賴和節能減排壓力,降低了熱水制備的成本。
一、建筑概況
該院總建筑面積 71219m2。主樓部分地上 16層,建筑面積為 26151m2;地下 1 層,建筑面積為 1571m2;建筑高度為 65.55m。裙房部分地上 5層,建筑面積為 34751m2;地下 1 層,建筑面積為8746m2;建筑高度 22.75m。
主樓各層功能布置如下:地下一層為空調機房、水泵房、變配電室、庫房(丁戊類)、高壓配電室;一層為出入院辦理、銀行、商店、鮮花超市、值班室、消防控制室等;二層為辦公區等;三層為辦公區等;四層為凈化機房等
二、太陽能熱水工程系統概況
太陽能熱水工程系統在冬季采用熱媒換熱系統為主、太陽能系統為輔的制熱水方式,熱媒為熱水,接自熱電廠的熱力管網,供水 80℃,回水 50℃,水 - 水板式換熱器(立式)放置在地下室生活水泵房內。夏季和過渡季節采用太陽能系統為主、空氣源熱泵太陽能熱水工程系統為輔的制熱水方式。太陽能集熱器、空氣源熱泵熱水機組放置在主樓屋頂。室內洗浴太陽能熱水工程系統豎向分為 3 個區:一區為十六層,由水箱間內的變頻機組供水;二區為十一層至十五層,三區為五至十層,二區、三區由熱水箱重力供水,熱水箱放在屋頂水箱間內,有效容積為 32m3。
熱水設計溫度為 55℃,太陽能熱水工程系統設計為干管、立管同程循環。病房洗浴熱水為定時供水,每次供水時間不小于2小時,建議盡量在下午或晚上供水,以充分發揮太陽能的作用。

該院選用 3 臺 BAH-4600C 空氣源熱泵熱水機組,制熱量為 173.2kW,制熱水量為 4.6t/h;選用兩組 M6-MFG 水 - 水板式換熱器(立式),換熱量為1585kW。
三、太陽能熱水工程系統工作原理
系統工作原理如圖 1 所示。

在冬季,系統分三種運行工況——
工況一:太陽能太陽能熱水工程系統單獨工作。光照充足、太陽能集熱器的溫度大于儲水箱設定溫度 5℃時運行此工況。
工況二:熱媒換熱器單獨工作(只要條件具備,太陽能太陽能熱水工程系統即優先投入運行)。冬季遇陰雨天氣,太陽能集熱器溫度不能滿足要求時運行此工況。
工況三:太陽能太陽能熱水工程系統與熱媒換熱器聯合工作。
水箱熱水設定溫度為 55℃。機組每隔 30 分鐘檢測水箱溫度一次,如果比設定值低 8℃,熱媒換熱器系統循環泵自動啟動,同時停止太陽能系統循環泵,待水溫達到設定溫度,系統即自動關閉;當集熱器溫度大于水箱設定值 2℃時停止熱媒換熱器系統,啟動太陽能系統;在光照條件下,當集熱器溫度大于儲水箱溫度 5℃時,啟動太陽能太陽能熱水工程系統循環泵,當集熱器與儲水箱水溫溫差小于 2℃時,太陽能太陽能熱水工程系統循環泵停止工作。
夏季和過渡季節系統分三種運行工況——
工況一:太陽能太陽能熱水工程系統單獨工作。光照充足、太陽能集熱器的溫度大于儲水箱設定溫度 5℃時運行此工況。
工況二:空氣源熱泵熱水機組單獨工作(只要條件具備,太陽能太陽能熱水工程系統即優先投入運行)。遇陰雨天氣,太陽能集熱器溫度不能滿足要求時運行此工況。
工況三:太陽能太陽能熱水工程系統與空氣源熱泵熱水機組聯合工作。
水箱熱水設定溫度為 55℃。機組每隔 30 分鐘檢測水箱溫度一次,比設定值低 8℃,空氣源熱泵熱水機組自動啟動,同時停止太陽能太陽能熱水工程系統循環泵,待水溫達到設定溫度,系統即自動關閉;當集熱器溫度大于水箱設定值 2℃時停止空氣源熱泵熱水機組系統,啟動太陽能太陽能熱水工程系統;在光照條件下,當集熱器溫度大于儲水箱溫度 5℃時,啟動太陽能太陽能熱水工程系統循環泵;當集熱器與儲水箱水溫溫差小于2℃時,太陽能太陽能熱水工程系統循環泵停止工作。
當太陽能熱水工程系統回水端溫度≤ 50℃時啟動太陽能熱水工程系統循環泵,當溫度等于 55℃時停泵,定時供太陽能熱水工程系統在設定的工作時間外不啟動,以節約能量。熱水的制備以太陽能太陽能熱水工程系統為主,充分節約能源。
補水控制:當水箱水位低于最低水位時,補水電磁閥開啟,向水箱補水;當水位達到高水位時,補水電磁閥關閉,停止補水。
四、經濟性比較
以每噸水從 15℃加熱到 55℃需 167200kJ 熱量為例,電價取1元/度,對各種熱水加熱設備的運行成本進行對比,如圖 2 所示。

2. 各種熱水加熱設備運行成本的比較
圖中數據顯示出空氣源熱泵熱水機組的運行具有明顯的經濟性。另外,在夏季和過渡季節,太陽能太陽能熱水工程系統和空氣源熱泵熱水機組的運行效率均比較高;在冬季,當太陽能太陽能熱水工程系統不能滿足使用要求時,有熱電廠的熱水做熱源,使得太陽能熱水工程系統能夠穩定可靠運行。雖然在初期熱水設備的投資較大,但能夠節約太陽能熱水工程系統常規的能源消耗,從而帶來可觀的經濟和環境效益。
五、結束語
太陽能太陽能熱水工程系統已廣泛應用于幼兒園建筑洗浴熱水供應,其組合熱源的選擇根據院區可利用資源的情況不同有多種形式。將太陽能系統與能效比較高的熱源結合起來,有利于保證太陽能熱水工程系統穩定可靠地運行,滿足幼兒園洗浴熱水的需求,充分節約能源,保護環境。
 


(責任編輯:zjbn_zhenhai)
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