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    太阳能热水系统设计问题亟待重视

上海太阳能工程-上海镁双莲太阳能公司135-6460-1168是一家以太阳能热水器生产为主的太阳能工程厂家,公司在太阳能行业有做过的工程案例有:平板太阳能热水器,阳台壁挂式太阳能热水器,分体太阳能,平板分体太阳能热水器工程,等,公司承接太阳能热水器工程,太阳能采暖,太阳能发电,太阳能空调等。
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0前言
国标“民用建筑太阳能热水系统应用技术规范”条文1.0.3中,强调了太阳能热水系统设计应纳入建筑工程设计,统一规划、同步设计、同步施工,与建筑工程同时投入使用。
本文抽取深圳地区2个中高层建筑太阳能热水工程案例,从政策和设计角度阐述了目前该系统因设计和施工不同步带来的一些后果,望引起重视。在政策规范引导下,相信开发商和各方设计人员能密切配合,统一思想,在同步的过程中逐步解决问题。
1深圳太阳能热水工程概况
1.1深圳是中国南部的滨海城市,东经13°46至14°37,北纬22°27至22°52,太阳幅射量丰富,年幅射量在5225MJ/m²,年日照时数为2060h。
1.2近几年来,深圳制定了新建住宅安装太阳能热水系统的政策法规,明确新建民居都强制使用太阳能,否则不予办理竣工验收备案手续。须安装太阳能热水系统的新建民用建筑包括:各类宿舍、医院住院部、住宅、公寓、酒店、宾馆、度假村、养老院、福利院及其他需要长期使用热水的建筑。与此同时,深圳市也制定了太阳能热水项目财政专项资金补助方案,使太阳能热水工程得以在深圳飞速健康发展。
1.3深圳地区的民居,中高层建筑比较多,太阳能热水工程大多采用集中集热,集中储热(辅热)式系统;运行方式也大多采用强制循环系统,自然循环和直流循环只有少数小型建筑采用。
1.4深圳中高层建筑太阳能热水系统的组成
1.太阳能集热器多安装在楼面和花架上。
2.热水储水箱大多安装在楼面,少数安装在地下室。
3.热水循环泵、高区供水泵、回水泵、管道系统、阀门及配件。
4.辅助能源燃气或电辅,电辅以热泵为主。
5.控制方式
自动/手动控制,系统循环泵多为温差控制。
1.5深圳太阳能热水工程的招投标
招投标时间多在主体建筑进入后验收阶段时。此时,建筑、结构、内外装饰工程、建筑给排水、消防、暖通、电气、通信等系统均进入后验收阶段。开发商招标时,建筑设计院(所)要提供太阳能热水系统招标附图,附图的设计深度一般为初设阶段或司令图阶段的深度,中标方优化后才能进行施工。中标方一般为太阳能热利用公司。他们须快速完成图纸优化,设备采购和安装验收等工序,因为开发商想加快整体验收步伐,马上交付使用。该过程很匆忙,往往留下遗留问题。
1.6深圳太阳能热水工程容易出现的问题
1.深圳中高层建筑多,太阳能热水进入工程化的进程相对也要快些,其特殊性是:建筑开发商多,设计院多,市场大。但各方对太阳能热水系统设计和优化的重视程度不是很高,这应该是出现问题的主因。
2.太阳能热水工程的设计并不复杂,除集热器的计算,阵列的布置,上、下循环管的布线为新课题外,其余部分均是建筑给排水的范畴。
太阳能热水工程有其自身的特点,如:该工程不很成熟;各建筑物阵列布置的差异大;辅助能源选择不一;设计套用率低、设计产值低;有关设计规范、规程、验收标准不完善,不太好掌控,容易产生分岐。
3.建筑设计院的设计提资图纸深度不够,且和太阳能公司的优化设计不同步。发现了问题也改不了。
4.下面列举深圳及周边地区太阳能热水工程的几个案例,对其暴露出来的设计问题进行剖析,希望通过各部门的共同努力,找到解决问题的途径。
2深圳太阳能热水工程案例(一)
2.1深圳某服装工厂太阳能热水系统设计方案
工厂概况:
该厂有工人3400人,新建3栋宿舍楼,外形见图1

本文仅以1号宿舍楼为例进行设计和优化。
1.1号宿舍楼全长200m,宽8.4m,层高为7层,热水定额按50L/人计。
2.根据“民用建筑太阳能热水系统工程技术手册”热水用水定额表,计算得出:
1号宿舍楼全天热水用水量为70m³;
2号宿舍楼全天热水用水量为72m³;
3号宿舍楼全天热水用水量为20m³。
3.用晚上6点~11点。
水时段:早上6点~9点;
4.主要设备
集热器:真空管集热器(D58mmX1800mm)面积为985m²;
辅助能源:电棒加热;
水箱:不锈钢组合水箱,容量72m³;
控制方式:全自动控制/手动控制。
2.1.1原设计部门的方案:见图2,图3


该方案有几个值得商榷的地方:
1.1号宿舍楼全长200m,进深8.4m,但集热器仅摆成一个长阵列,显然过于庞大,连接也不甚合理。
2.储热水箱的集热半径达200m以上,热损大,影响到系统的整体配置。
3.集热器集热总面积为1032m²,系统流量按Q=0.015L/s计,则总流量为55720L/h,经计算,上、下循环管均须采DN125的管道(V=1.2m/s),上、下循环管长分别达300m和380m。热损高,水头损失也大,循环泵和回水泵的扬程相对也很高。
4.热水的配水干管从建筑物的东头下行。配水很不对称。容易造成冷暖不均。
2.1.2针对上述情况,业主委托我公司对原设计方案进行优化,经改动后的设计系统见图4和图5。


该方案有几个优点:
1.1号宿舍楼顶层屋面为长条型,如果并联阵列不超过12组,或大集热面积不超过280m²,也就是说1号宿舍楼的集热板设计成4个矩阵,是理想的。
但根据现场情况,已不允许作太大的改动,只能将原来的单一长条阵列改成2个并联阵列。即使这样改一下,系统的配置也得到极大的改善。
在总流量不变的条件下,单个循环阵列的面积约为516m²,流量Q=27800L/h,计算结果:上下循环管均采用DN100的管道(V=0.94m/s),循环管路也一分为二,经对称布置后,供热路径大大缩短,热损降低。
2.热水的配水干管从端头下行改为从大楼中部管道井下行,对称配水,热损耗降低不少。
3.管径减小、路径变短,节省了工程投资。循环泵和回水泵扬程可减少10m水柱(0.1MPa),投产后运行成本也可降低。
4.其他尚须优化的部分:如辅助热源由电棒改为热泵,太阳能系统再细分一下等等,由于建筑施工已近尾声,现在无法改动,只能作罢。
3深圳太阳能热水工程案例(二)
3.1概况(见图6)

1.龙悦居第四期共有高层建筑9栋,建筑面积约为23万m²,除一栋为33层外,其余为35层。
2.太阳能集热装置均为平板集热器,安装在大楼顶层屋面(天面)及花架上。
3.辅助加热:采用各用户的燃气热水器作为辅助热源。
4.采用集中集热、集中贮热系统,贮热水箱均设置在天面上。
5.屋顶楼面(天面)的太阳能热水系统由中标的公司优化设计并安装,天面以下热水系统由设计院设计,建工部门施工,这种设计和施工的分工也是深圳太阳能热水工程的模式。
3.2设计争议
由于太阳能公司优化过程中发现太阳能循环管与建筑给排水管在天面上有不少地方平面交叉,在谁让谁的问题上,太阳能公司与设计院相持不下。
如天面上消火栓给水系统环管与太阳能热水系统回水管平面交叉问题:
1.由于建筑给排水管网均已竣工,设计院不同意消火栓环管绕行,只能让9根太阳能热水回水管道分别从消防管上跨过,再汇合成一根总管,由回水泵加压至水箱。
太阳能热水给水干管从贮热水箱流出后,供给21~35层各用户使用,剩余的热水(即回水)经过U形管上行至天面后,水流所剩的压头一般都不足1m水柱,自流进入回水泵的叶轮都很费力,而天面上热水箱的设置高度有限,想增加回水压力是很困难的。
此时,如果再给其他管道让路,除了爬高外,还须加设4个135毅弯头,施工后结果可想而知:回水泵启动后产生断流,虽然离心泵一般都有几米的吸程,但因水泵距各回水立管的水平距离过长,加上热水管道翻越后气体排不净,吸程几乎为零,回水泵形同虚设。
2.为解决回水不到位的问题,只有把回水泵改装到热水给水干管上,使配水干管的剩余压头加大,把回水强行顶到天面热水箱中。
系统的改变也带来了后遗症:泵的参数变了,管道压力大了,每个单元低层用户的热水进户管上要增加4~5个减压阀,不但配置不合理,运行费用也有所增加。
3.如果让消火栓管道让道给太阳能热水回水管,就不会有这么多麻烦。
龙悦居四期9栋高层建筑采用的是临时高压消火栓给水系统,按消防规范(建规和高规)的要求,顶层不利点也必须有2支水枪同时到达,且充实水柱不小于10m,再计入三根水带的磨阻损失,顶层不利点的设计水压也应在20m水柱左右(不包括设计师增加的富裕水头)。
在天面的消防管上增设4个135°弯头,让消防管跨越回水管。此时,消防管的水头损失增加0.5~0.6m水柱,影响不是很大,更不会像太阳能热水回水系统那样,造成颠覆性的后果。如果当时设计院同仁能放下架子,把消火栓给水系统认真核算一下,该问题是能很好解决的。当然,如果设计院在初设时,在把天面上(或地下室)的主要管线进行排位时,加上太阳能系统的回水管,并在平面交叉时放在优先的位置,那就不会出现上述问题,消防,暖通等都会预先增加自己专业的设计裕量。可惜太阳能目前还没有这种地位,但吃亏的还是用户。
4逐步走向同步设计、同步施工
建筑设计部门目前设计任务饱满,给排水专业任务也繁重,增加太阳能热水系统,既是新课题,又没能增加多少设计费用,建筑业主也不是太情愿花钱搞太阳能热水系统,但不搞又不行。因此,不少人没有把太阳能热水工程摆在一个合理的位置,加上有关规范缺少实施细则,验收标准也不全面,操作难度较大。
但规范是要执行的,虽然设计同步有一个过程,但要坚定不移的同步,如果建筑给排水总是远远的走在前面,就难免出现上面案例中的后遗症。
笔者认为,解决设计和施工不同步的措施有以下几点:
4.1太阳能热水工程的招投标时间应提前
4.1.1深圳市太阳能热水工程招标时间多在主体建筑进入后验收阶段时,太滞后。因为太阳能公司中标后,除继续优化设计外,还得赶时间运送和吊装设备,管材和支吊架上屋顶,此时建筑吊装设备,施工用电梯、脚手架等即将拆除,时间比较仓促。往往优化过程中发现了原设计中的问题,也无法整改。如:
1.深圳北站龙悦居二期的热水配水管,施工验收时才发现各热水进户管均没有安装止回阀,这样,会造成用户计量过的冷水从热水管中流走。而该小区室内管道均系暗装,上千用户的改管工程施工很困难。
2.近施工的深圳前海铁路小区,有28栋高层建筑,由于太阳能热水系统招标滞后,管材、支架、太阳能集热板等大量设备材料来不及吊装到天面。中标方只得经室内电梯运货,大量管道和支架(型钢)还得切割成2m一段,到天面后再进行对接,既增加了工程量,也增加了零部件的数量。因为不同步造成的失误不胜枚举,移交物业后,因为太阳能热水系统质量不达标,收取的热水费又达冷水单价的4倍多,不少用户长期不开热水阀门,既浪费了太阳能资原,投入的费用还收不上来。
4.1.2如果业主或总承包方能提前1~2个月招标,中标的太阳能热利用公司就能有更多的时间与设计院和业主沟通,把设计优化工作做得好一些,主设备和管材可以吊装到天面上从容就位。
4.2建筑设计院在招标阶段提供的设计资料要有深度。
4.2.1首先,招标时太阳能热水系统的类型要确定,并经业主认可。招标时附图应有初设或司令图以上的深度,设备管道的定位要明确。如:
1.主设备:集热器、贮热水箱、辅助能源设备(热泵或燃气锅炉等)应有明确的型号、尺寸、数量和安装位置,并满足结构安全性要求。
2.小型设备:太阳能热水循泵、给水、回水泵,各种阀门有明确的型号、规格、数量和大概的安装位置。(不影响下面住户)
3.太阳能热水系统主要管线走向,与其他专业管道,设备的间距,平面交叉时的处理(有立面、剖面图和系统图),各转角定位坐标,与建筑给排水连接点的设计分界线等。
4.控制方式和控制设备安放位置。
4.2.2提供给中标公司的设计资料到位后,双方设计人员很容易发现设计中的不足或疏忽之处,以确保设计和施工时少出差错。
4.3互相切磋,各取所长
太阳能热水系统设计者应多向建筑设计部门的设计者请教,增强给排水综合理论水平。对方也要放下架子,加深太阳能热水系统的理论。只有互相切磋,各取所长,才能共同打造出优良的太阳能热水工程,使该系统的用户真正受益。
5结论
太阳能热水系统的设计和施工尚在摸索阶段,光热一体化的路程还很长。
随着规范细则的逐步完善,社会各方意见的逐步统一,太阳能热水系统工程化的步伐会越来越快,设计水平以及对设计的重视程度都不允许再停留在现阶段。在时间的长河中,太阳能热水系统和建筑给排水系统应该逐渐融合在一起,完全用不着分出你我来,这是真正的理想的同步,这个过程应该不会很长。
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