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集中集热、分户供热太阳能热水系统在政府安置房的应用
□江苏双能太阳能有限公司 贲道发 郑宽军 关玲
在全球能源日益紧张的今天，太阳能作为一种无处不在、取之不尽、用之不竭、洁净无污染的能源正日益受到人们的重视，被广泛应用与推广。据报载，目前世界各国都在实施自己的“阳光计划”，如德国政府宣布推行“十万屋顶”计划，中国政府的“强制安装令”政策等，都是鼓励太阳能热利用发展的举措，也推进了节能减排，对改善人类生存空间、保护环境具有重要意义。然而，随着城市化进程的加速，高层建筑日益增多，如何实现太阳能与建筑的完美结合成为行业内探讨的重要话题。
近两年，随着技术的日益成熟，一种新的太阳能热水系统模式——集中集热、分户供热系统正逐渐受到越来越多热水需求方的青睐。浙江湖州杨家埠•民和花园热水系统项目，由江苏双能太阳能有限公司设计、施工，采用的即是集中集热、分户供热系统。
1 项目概况
浙江湖州杨家埠•民和花园热水系统项目，是政府安置房工程，吸引了众多知名企业参与竞标，江苏双能太阳能有限公司凭借雄厚的企业资质、科研技术及优良的技术方案一举中标，承接此工程项目。
杨家埠•民和花园位于湖州城郊，距市中心仅10km，交通便利。共有住宅楼 35栋，总户数976户。项目地处太阳能资源丰富区，日照时间较长，阳光充足。
2 系统介绍
该太阳能热水系统以实现高层建筑一体化为基础，提供高效率的太阳能热利用解决方案。采取集中集热、分户供热模式，系统独立运行，由太阳能集热器、中继水箱、水泵、用户换热水箱、控制柜等组成。集热器集中安装在屋顶，中继水箱、太阳能循环泵、控制柜安装在楼顶设备层；用户换热水箱为100L，安装在每户的卫生间内，通过立管与太阳能系统连接，形成换热回路。
2.1 设计要求
1）安置房楼层高、人口密集，其设备安装必须要有更高的安全性要求；
2）安置房面对低收入者，政府的资金有限，要更经济实用；
3）太阳能设备的运行要稳定、维护要简单；
4）太阳能要与建筑物统一、协调，不影响美观。
2.2 系统原理
为保证24小时热水供应，太阳能加热循环系统采用“定温不定量”的设计原理，最大化利用太阳能，最小化使用辅助热源，用介质循环热损最小化设计。并通过膨胀水箱调节控制，太阳能集热器介质要先经中继水箱，再由太阳能储热水箱至用水管网，期间温度不够可由辅助热源加热来实现用水，以此把太阳能的热能充分利用。
2.3 系统优势
1）太阳能集热器集中安装于屋顶采光最好的位置，既最大化地利用了太阳能资源，又实现了与建筑的完美结合；
2）系统运行费用主要是太阳能循环水泵的电耗，公摊费用低，可纳入楼宇基础公摊解决，不需安装分户计量热表，无热水收费管理难题；
3）用户根据需要自行决定是否开启电加热装置，不需电力增容；
4）系统智能化运行，实现无人值守，且控制参数可以设定，任意控制温度，保证热水供应。
2.4 设备选型
2.3.1 集热器选型：根据甲方要求情况，结合给排水设计规范设计，用水定额为55度温水,每户太阳能系统集热器面积的计算：
Qrd-日均用水量（Kg）：每户按100L/d
C－水的定压比热容（4.187KJ/Kg·°C）
Tr-储热水箱内的设计温度（°C）：取55°C
Tl-水的初始温度（°C）：取10°C
Jt－当地集热器采光面上的年平均太阳辐射量（KJ/m2）：取12497
f－太阳能保证率（％）：取40％
n－集热器年平均集热效率：取0.5
n1－储热水箱和管路的热损失率：取0.2
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AS=
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Qrd*C*(Tr－Tl)f
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=
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100*4.187*(55－10)*40%
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=1.51m2
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Jt*n*(1-n1)
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12497*0.5*(1-0.2)
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取太阳能系统集热器面积：1.74m2，选择技术成熟、热效率高且成本低廉的全玻璃真空管。
2.3.2 辅助加热选型：辅助热源采用电辅助加热：
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Qh= Kh
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m*qt*C*(Tr－Tl)ρ
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=5.12*
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100*4187*(55-10)*0.983
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=1336W
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86400
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86400
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取电加热器功率：1.5Kw
3 环保效益
安装此太阳能系统每年可减少CO2的排放量：年辐射强度按（湖州气象数据）：年照时数在1997.5h/a以上；辐射量31度倾角表面为4716.445（MJ/m2.a），年平均日太阳辐射量斜面为12.904 MJ/m2,年平均日照时数为5.5h，年平均气温为16.0℃
集热系统的热效率按：n1=55%、热损：n2=10%
整套太阳能集热系统采光面积按：F=225M2计算，年限按15年计算
每年太阳能提供可利用的热量为：
Q太=4716.445 MJ/m2.a×225 m2×55%×90%= 525294 MJ
太阳热水系统的环保效益体现在因节省常规能源而减少污染物的排放，主要指标为二氧化碳的减排量。将系统寿命的节能量折算成标准煤，然后将标准煤中碳的含量折算成二氧化碳，即为太阳能热水系统二氧化碳的减排量。其计算公式为：
式中：QCO2——系统寿命内二氧化碳减排量，吨；
Qsave——太阳能热水系统年节能量, kJ；
W —— 标准煤热值，29308kJ/kg；
n —— 太阳能设备使用寿命，为方便计算先按1年计算,后可乘于15年；
Eff —— 标准煤热效率，取0.85；
2.26 ——每kg标准煤燃烧产生2.66kgCO2
二氧化碳排放量：QCO2=[15818457600KJ /(29308KJ/Kg×0.85)] × 2.66
=1689042KgCO2/年
由以上计算可知：本太阳能系统每年可减少CO2排放量为189吨,则太阳能系统使用寿命15年内可减少CO2排放量为2535吨。
4 结语
集中集热、分户供热太阳能热水系统可实现太阳能与建筑的完美结合，且公摊费用低，便于管理，其可观的环保效益助推了国家节能减排政策的实行，对政府安置房工程有极大的适用性，也可大范围地应用在其他高层建筑上。今后，应努力降低购买、安装、使用太阳能的成本，或尝试推行新模式，比如合同能源管理，进一步扩大集中集热、分户供热太阳能热水系统的应用范围。
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