太阳能热水系统在全国组织干部学院工程中的应用

　　[摘要]随着国民经济迅速的发展，城市二氧化碳排放量也再不断增加，“高碳”环境与“低碳”文明受到了各方的高度关注，因此低碳建筑已经成为未来建筑设计施工的发展趋势，而太阳能热水系统将成为建筑节能的重要途径。本文结合作者当前工程中的施工经验，对太阳能热水系统的概念、工艺原理、施工方法等进行了总结。

　　[关键词]太阳能热水系统,工艺流程,施工方法

　　一、引言

　　当今地球与大气环境的急剧恶化是现代城市化进程最严重的后遗症之一，“高碳”环境与“低碳”文明受到了各方的高度关注，因此低碳建筑已经成为未来建筑设计施工的发展趋势。太阳能作为一种储量丰富取之不竭的可再生资源，是减少常规能源消耗的有效途径，在建筑领域中有着广阔的发展前景，而太阳能热水系统作为一种清洁能源的利用，在环境改善中发挥了巨大的作用。

　　二、工程概况

　　1 工程简介

　　图1 太阳能热管集热器布置图

　　全国组织干部学院工程位于北京市朝阳区，总建筑面积约40061.9m2，它是由A、B、C、D、E五个楼区组成，是一所集教学、办公、住宿、大型会议及相关配套设施等功能于一体的综合性学院。工程设计生活热水系统按平均日热水量为95吨，热水系统采用极具经济价值、技术最为成熟的太阳能热水系统，充分体现了绿色低碳的建设原则。

　　2 太阳能热水系统简介

　　本工程太阳能热水系统采用了198组HRJ-28/18型热管集热器，集热器总面积为815.76m2。在集热器倾斜面辐照量为16.97MJ/㎡，每天能将60吨水从基础水温10℃升高到55℃。太阳能热管集热器布置在A、B区屋面(如图1所示)，储热水箱在地下一层设备间。辅助热源采用地源热泵和电锅炉，用于阴雨天气或者太阳能能量不足时确保用水温度。

　　图2 工艺流程图

　　三、太阳能热水系统工艺原理

　　太阳能热水系统又称中央供水系统是以吸收太阳辐射能为热源，将太阳能转为热能以达到加热水的目的，整套装置包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。它是将太阳能集热器串并联起来，利用强制循环对集热器和储水箱进行热交换，用一个或多个大型储水箱储存热水，并将热水循环分别供给至用户(详见图2)。

　　四、太阳能热水系统的施工技术

　　1 施工流程

　　工程根据实际情况制定了科学合理的施工程序：施工准备→集热器支架基础、水箱基础制作→支架焊接及防腐→集热联箱安装管→管路连接及水泵安装→真空管插装→控制系统安装→系统试水→管路保温→系统调试、试运行。

　　2 集热系统定位

　　2.1 集热系统定位必须统筹考虑屋面设备基础以及出屋面构件的位置，既要保证系统正常运行，又要确保屋面整体美观。

　　2.2 按施工图在屋面上对集热系统进行定位放线，并弹出基础轮廓线。

　　3 集热系统基础制作

　　集热器支架基础由C20混凝土浇筑而成，基础规格为500×500mm并安装300×300mm预埋件(详见3)，基础钢筋使用植筋方法与结构楼板连接，确保整体太阳能集热系统的稳定。基础要求高出屋面600mm，屋面建筑完成面最高点要低于基础上平面200mm(详见4)。

　　4 太阳能集热器组装

　　4.1 集热器之间的连接

　　4.1.1 在集热模块安装时，应用不透明的物体遮盖玻璃盖板或真空管，直至通水后方可撤去遮盖物。

　　4.1.2 集热模块按必须可靠地固定在支架上。

　　4.1.3 集热模块之间的连接管应进行保温，保温层不得小于50mm。

　　4.2 注意事项

　　4.2.1 集热器摆放位置要与集热器支架牢靠固定，防止滑脱。

　　4.2.2 集热器与集热器之间要求密封可靠、无泄露、无扭曲变形。

　　4.2.3 集热器之间的连接件，应便于拆卸和更换。

　　4.2.4 集热器连接完毕应进行检漏试验。

　　4.2.5 集热器之间连接管的保温应在检漏合格后进行。保温应符合GB50185《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》的要求。

　　5 太阳能集热器安装

　　5.1 集热器安装

　　支架柱脚应与基础预埋钢板焊接连接，并应确保强度可靠、稳定性好。为确保自然循环、泄水及防冻回流等需要，支架要留有坡度。集热器支架在混凝土基础上安装时，应先按图纸和集热器实物，对土建施工的基础进行核对，检查基础标高和坐标及地脚螺栓的孔洞位置是否正确，然后消除基础上的杂物，特别是螺栓孔中的木盒板要清除干净，按施工图在基础上放出中心线。支架的各连接部位的连接件均应采用热镀锌或是不锈钢螺栓。相同部位连接件的坚固程度要一致。安装效果如图5、6。

　　5.2 注意事项

　　5.2.1 太阳能热水系统的支架应按图纸要求制作，达到整体协调、美观。

　　5.2.2 支架应根据设计要求选取材料，并符合GB/T700和GB/T714规定的要求，材料在使用前应进行矫正。

　　5.2.3 支架应按设计要求安装在承重基础上，位置正确，与基础固定牢靠。

　　5.2.4 应根据现场条件，对支架采取合理的防风措施，并与建筑物牢靠固定。

　　6 贮水箱安装

 

　　6.1 水箱的安装

　　6.1.1 水箱安装时，应用水平尺和垂线随时检查水箱的水平和垂直程度。水箱组装完毕其允许偏差：坐标为15mm;标高为5mm;垂直度为5mm/m。

　　6.1.2 水箱安装完毕，按设计要求的接管位置在水箱上进行管道接口，并装上带法兰的短节接头或管箍，然后安装水箱内外人梯等附件。

　　6.2 注意事项

　　⑴溢水管不得与排水系统的管道直接连接，必须采用间接排水。溢水管出口应装设网罩，防止小动物爬进箱内。溢水管上不得装设阀门。

　　⑵泄水管上应安设阀门，阀后可与溢水管相连接，但不得与排水系统产生关系直接连接。

　　⑶通气管的末端可伸至室内或室外，但不允许伸至存在有害气体的地方;管口朝下设置，并在管口末端应装设防昆虫、坟蝇及其他杂物进入的过滤网;通气管上不得装设阀门;通气管不允许与排水系统的通气管和通风管道连接。

　　⑷水箱人孔盖应为加锁密封型，且应高出水箱顶板面不小于100mm。

　　⑸水箱安装完毕应进行满水试验。试验方法：关闭出水管和泄水管阀门，打开进水管阀门放水。边放水边检查，放满水为止，静置24h观察，不渗漏为合格。

　　7 循环管道安装

 

　　7.1管路和零部件应选用与传热工质相容的材料，内壁不能发生腐蚀;应能承受系统的最高空晒温度、对于封闭系统，系统至少应能承受1.5倍的系统最大工作压力。

　　7.2管路应有2‰坡度，坡向系统最低点，并在系统最低点设置泄水装置。

　　7.3压力表、流量计等应安装在便于观察的地方，手动阀门应安装在容易操作的地方。

　　7.4容易发生故障的设备及附件两端应采用法兰或活接头连接，以便维修更换。

　　8 管道中其它主要附属设备(部件)的安装

　　8.1 水泵安装

　　水泵使用螺栓固定在支架上，支架下方做减振处理，并要做好接地保护。当泵的流量比设计值大时，要求加旁路管道及手动阀进行流量调节。

　　8.2 板式换热器安装

　　板式换热器按逆流方式连接，储水箱内的单循环换热器位于高处的进口与系统高温管路相连，位于低处的出口与低温管路相连。

　　8.3 膨胀罐安装

　　闭式间接系统的循环管路上应设膨胀罐，同时还要设有压力安全阀和压力表，从集热器到压力安全阀和膨胀罐之间的管路应是畅通的，不应设有单向阀和其他可关闭的阀门。

　　8.4 电动阀门安装

　　电动(磁)阀水平安装在管路便于维修的位置，在其进水口前应安装闸板阀和过滤器，阀后加装调压作用明显的截止阀，以便于调整阀后压力。电动(磁)阀两端应安装旁路管道及手动阀，当其发生故障时用手动阀工作。

　　9 控制系统调试

　　检查控制柜的所有零部件的固定及元器件的完好，并对控制系统进行调试，确保实现下列功能：

　　9.1 水温显示，全自动无人值守;

　　9.2 自动补水，多重保护功能;

　　9.3 自动温差循环;

　　9.4 恒温自动启动辅助加热系统;

　　9.5 防冻循环、温控伴热带;

　　9.6 定时或24小时自动恒压供水。

　　10 测试系统试运行

　　10.1 系统在安装完毕后投入使用前，需要进行系统调试。系统调试在竣工验收阶段进行，如果不具备使用条件，经建设单位同意，可延期进行。

　　10.2 系统调试包括设备单机或部件调试和系统联动调试。系统设备单机或部件调试应包括水泵、阀门、电磁阀、电气及自动控制设备、监控显示设备、辅助能源加热设备等调试。系统联动调试主要指按照实际运行进行调试。

　　10.3 设备单机或部件调试包括下列内容：

　　⑴ 检查水泵安装方向。在设计负荷下连续运转2h，水泵应工作正常，无渗漏、无异常振动和响声，电机电流和功率不得超过额定值，电机温度在正常范围内。

　　⑵ 检查电磁阀安装方向。手动通断电试验时，电磁阀应开启正常，动作灵活，密封严密。

　　⑶ 温度、温差、水位、流量等仪表应显示正常，动作准确。

　　⑷ 电气控制系统应达到设计要求的功能，控制动作准确可靠。

　　⑸ 剩余电流保护装置动作应准确可靠。

　　⑹ 防冻保护装置、过热保护装置等应工作正常。

　　⑺ 各种阀门应开启灵活，密封严密。

　　⑻ 辅助能源加热设备工作正常，加热能力达到设计要求。

　　10.4 系统联动调试包括下列内容：

　　⑴ 调整系统各个分支回路的调节阀门，使各回路流量平衡。

　　⑵ 调试辅助能源加热系统使其与太阳能热水系统加热能力匹配。

　　⑶ 调整电磁阀使阀前阀后压力处于设计要求的压力范围内。

　　⑷ 系统联动调试完成后，连续运行48h，设备及主要部件的联动要协调，动作准确，无异常现象。

　　五、总结

　　全国组织干部学院工程于2010年8月被评为“全国首批绿色施工示范工程”，太阳能热水系统的应用成为绿色施工中的亮点。太阳能热水系统从能源种类、能源状况、能源费用、环境保护、噪音污染、安全性等各方面均优于燃煤、燃气、燃油等传统能源，社会效益综合评价高。太阳能与建筑将逐渐的完善起来，走上一条可持续发展的道路。

　　参考文献：

　　[1]朱禹韬.环保节能热水设备有美好的未来—访恒热市场营销总监 阙东晓[J];现代家电;2010年01期

　　[2]顾媛媛;马君义.我国太阳能热水技术发展方向初探[J].山西建筑.2010年03期

　　[3]唐谋生;余雷.太阳能热水器利用与低碳生活浅谈[A].经济发展方式转变与自主创新—第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C].2010年

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