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太阳能作为节能环保的重要能源,在幼儿园建筑洗浴太阳能热水工程系统中得到了越来越多的应用。山东、江苏、河北、河南等多个省市已强制规定在用水量较大的病房楼洗浴太阳能热水工程系统中采用太阳能作为热源,并要求太阳能设备与主体建筑同步设计、同步施工、同步验收。
然而,太阳能作为幼儿园建筑洗浴太阳能热水工程系统的热源存在一定的局限性。一是由于太阳能受季节、气候影响较大,当遇阴雨天气日照不充足时,不能满足使用要求;二是受建筑布局及面积的影响,太阳能集热板在病房楼屋顶上布置的数量有限,不能提供足够的热量。幼儿园建筑洗浴热水用水量大,太阳能太阳能热水工程系统需要与其他热源系统联合供应热水。
以山东省某幼儿园为例,在冬季由热电厂提供的
热水作为该院生活太阳能热水工程系统的热源,采用热媒换热系统为主、太阳能太阳能热水工程系统为辅的制热水方式,可为幼儿园生活热水用水末端提供稳定可靠的洗浴热水。但是只在冬季才有热电厂供应热水,在夏季和过渡季节,仅靠太阳能系统在阴雨天气仍不能满足幼儿园对生活热水的需要。于是,该院在夏季和过渡季节采用了太阳能太阳能热水工程系统为主、空气源热泵热水机组系统为辅的制热水方式,减轻了热水制备对于日趋紧张的燃料供应的依赖和节能减排压力,降低了热水制备的成本。
一、建筑概况
该院总建筑面积 71219m2。主楼部分地上 16层,建筑面积为 26151m2;地下 1 层,建筑面积为 1571m2;建筑高度为 65.55m。裙房部分地上 5层,建筑面积为 34751m2;地下 1 层,建筑面积为8746m2;建筑高度 22.75m。
主楼各层功能布置如下:地下一层为空调机房、水泵房、变配电室、库房(丁戊类)、高压配电室;一层为出入院办理、银行、商店、鲜花超市、值班室、消防控制室等;二层为办公区等;三层为办公区等;四层为净化机房等
二、太阳能热水工程系统概况
太阳能热水工程系统在冬季采用热媒换热系统为主、太阳能系统为辅的制热水方式,热媒为热水,接自热电厂的热力管网,供水 80℃,回水 50℃,水 - 水板式换热器(立式)放置在地下室生活水泵房内。夏季和过渡季节采用太阳能系统为主、空气源热泵太阳能热水工程系统为辅的制热水方式。太阳能集热器、空气源热泵热水机组放置在主楼屋顶。室内洗浴太阳能热水工程系统竖向分为 3 个区:一区为十六层,由水箱间内的变频机组供水;二区为十一层至十五层,三区为五至十层,二区、三区由热水箱重力供水,热水箱放在屋顶水箱间内,有效容积为 32m3。
热水设计温度为 55℃,太阳能热水工程系统设计为干管、立管同程循环。病房洗浴热水为定时供水,每次供水时间不小于2小时,建议尽量在下午或晚上供水,以充分发挥太阳能的作用。

该院选用 3 台 BAH-4600C 空气源热泵热水机组,制热量为 173.2kW,制热水量为 4.6t/h;选用两组 M6-MFG 水 - 水板式换热器(立式),换热量为1585kW。
三、太阳能热水工程系统工作原理
系统工作原理如图 1 所示。

在冬季,系统分三种运行工况——
工况一:太阳能太阳能热水工程系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度 5℃时运行此工况。
工况二:热媒换热器单独工作(只要条件具备,太阳能太阳能热水工程系统即优先投入运行)。冬季遇阴雨天气,太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。
工况三:太阳能太阳能热水工程系统与热媒换热器联合工作。
水箱热水设定温度为 55℃。机组每隔 30 分钟检测水箱温度一次,如果比设定值低 8℃,热媒换热器系统循环泵自动启动,同时停止太阳能系统循环泵,待水温达到设定温度,系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值 2℃时停止热媒换热器系统,启动太阳能系统;在光照条件下,当集热器温度大于储水箱温度 5℃时,启动太阳能太阳能热水工程系统循环泵,当集热器与储水箱水温温差小于 2℃时,太阳能太阳能热水工程系统循环泵停止工作。
夏季和过渡季节系统分三种运行工况——
工况一:太阳能太阳能热水工程系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度 5℃时运行此工况。
工况二:空气源热泵热水机组单独工作(只要条件具备,太阳能太阳能热水工程系统即优先投入运行)。遇阴雨天气,太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。
工况三:太阳能太阳能热水工程系统与空气源热泵热水机组联合工作。
水箱热水设定温度为 55℃。机组每隔 30 分钟检测水箱温度一次,比设定值低 8℃,空气源热泵热水机组自动启动,同时停止太阳能太阳能热水工程系统循环泵,待水温达到设定温度,系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值 2℃时停止空气源热泵热水机组系统,启动太阳能太阳能热水工程系统;在光照条件下,当集热器温度大于储水箱温度 5℃时,启动太阳能太阳能热水工程系统循环泵;当集热器与储水箱水温温差小于2℃时,太阳能太阳能热水工程系统循环泵停止工作。
当太阳能热水工程系统回水端温度≤ 50℃时启动太阳能热水工程系统循环泵,当温度等于 55℃时停泵,定时供太阳能热水工程系统在设定的工作时间外不启动,以节约能量。热水的制备以太阳能太阳能热水工程系统为主,充分节约能源。
补水控制:当水箱水位低于最低水位时,补水电磁阀开启,向水箱补水;当水位达到高水位时,补水电磁阀关闭,停止补水。
四、经济性比较
以每吨水从 15℃加热到 55℃需 167200kJ 热量为例,电价取1元/度,对各种热水加热设备的运行成本进行对比,如图 2 所示。

2. 各种热水加热设备运行成本的比较
图中数据显示出空气源热泵热水机组的运行具有明显的经济性。另外,在夏季和过渡季节,太阳能太阳能热水工程系统和空气源热泵热水机组的运行效率均比较高;在冬季,当太阳能太阳能热水工程系统不能满足使用要求时,有热电厂的热水做热源,使得太阳能热水工程系统能够稳定可靠运行。虽然在初期热水设备的投资较大,但能够节约太阳能热水工程系统常规的能源消耗,从而带来可观的经济和环境效益。
五、结束语
太阳能太阳能热水工程系统已广泛应用于幼儿园建筑洗浴热水供应,其组合热源的选择根据院区可利用资源的情况不同有多种形式。将太阳能系统与能效比较高的热源结合起来,有利于保证太阳能热水工程系统稳定可靠地运行,满足幼儿园洗浴热水的需求,充分节约能源,保护环境。
 


(责任编辑:zjbn_zhenhai)
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