学生公寓楼太阳燃气项目优化设计方案探讨

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摘 要：太阳能是清洁能源，学生公寓是集中用水比较多的地方，采用节能减排装置，太阳能集热是首选，考虑到阴雨天气必须要进行补热，何时补热，如何考虑太阳能集热的最好效果，需要对装置进行追踪且及时改变控制策略。要根据季节及时改变加热时间。供热水采用梯级供水，逐级加热水箱中的水到规定的温度。

关键词：太阳能利用优先，控制策略、节能

中图分类号： TE08 文献标识码： A

一、项目概述

本项目为供应学生宿舍洗浴热水，设计日提供55℃热水80吨，该项目采用太阳能板集热配套燃气炉热交换系统补热的组合设计，当太阳能热量不足时，利用辅助能源燃气补充热能。

根据既有建筑的实际条件和热水需求量，系统分为A座、B座2套系统，其中A座配置10吨储热水箱3只，日总供应热水30吨，B座配置10吨储热水箱5只，日总供应热水50吨，2套系统分别独立运行，同时宿管办公室配置远程控制和报警装置，可同时监视和控制A座、B座系统设备的运行情况；

二、控制策略（方案）

1、控制指导思想

为了优先使用清洁能源太阳能，系统在控制部分设计过程中应最大限度地优先使用太阳能，在满足热水需求的前提下，尽可能降低常规能源的消耗，达到最大化的节能，同时必须保证系统安全、可靠和实用。

根据以上指导思想，项目采用梯级逐次加热方式，即在下午4点开始加热第一个温度不满55度的水箱，如第一个水箱水温达55度，逐个检测后面水箱水温判断是否启动辅助加热，同时根据历年的用水情况及时启动或停止水箱数量来控制水量。分若干个水箱就是出于这样的考虑，但水箱又不宜过多，否则增加设备成本。

2、系统运行模式（以A座为例）：

按常规太阳能系统设计，A座30吨水箱为一个加热系统，太阳能首先对30吨水箱进行加热，在设定时间内水温达不到设定值时启动辅助燃气热水炉对30吨水箱进行加热至所需温度，这样的运行模式为，每天系统都要加热30吨热水，无论用完与否；

根据工程学院3#宿舍宿舍楼的使用热水使用情况，A座最大用水量为30吨/日，实际用水量受天气、气温影响波动较大，如常规系统设计，每天系统都加热30吨热水将会造成不小的能源浪费，因此，本项目中我们设计为3只10吨储热水箱逐个加热模式：

首先，太阳能循环系统先对1号10吨水箱集中检测加热，当1号水箱温度在下午4点（可设置）达到设定温度55度时，不启动辅助燃气炉对1号水箱加热；未达到设定温度55度时，启动辅助燃气炉对1号水箱加热至55度，然后依次对2号10吨水箱检测加热，对3号10吨水箱检测加热,；用水顺序也为1号、2号、3号依次使用，这样设计模式，在用水时间接点前系统尽量采用太阳能系统，确保太阳能系统的最大化利用。在连续阴雨天时，确保1号水箱热水，在使用1号水箱时，系统同时对2号水箱进行加热，在使用2号水箱时，同时对3号水箱加热，这样即可避免热水用尽，又可满足学生所需热水。

同理，B座系统配置10吨水箱5只，总水箱为50吨，系统同样采用逐个加热水箱的模式。

三、系统经过优化设计的方案可有效的提高节能效果，与常规系统方案相比有以下优点：

1、有效利用太阳能，减少常规能源的使用：因系统对水箱进行逐个加热，在阳光充足时，逐个加热全部水箱水温达到使用水温；在阳光不足时，也可加热部分水箱水温达到使用水温，避免因光照不足造成的整体水温偏低的问题，在用水量不大的情况下，不启动辅助燃气炉也可满足使用要求；在阴雨、无光照时，辅助燃气炉在设定时间内同样采取逐个加热水箱的方式进行加热，同时根据前一个水箱水量的使用情况来判断加热水量，从而有效降低燃气的使用量，达节能目的；

2、可根据实际用水量调节加热水量：因热水使用量随着天气、气温变动而变化，系统的管理人员可根据实际情况人为的管理热水的加热量，即根据使用的情况和规律，开启需要加热的水箱数量；

3、系统水箱可单独运行，利于设备的维保：因系统采用逐个独立加热水箱，在设备出现故障或者设备保养（特别是水箱的清洗等维保）时，可单独关闭其中一只或多只水箱，进行相应的维保工作，系统供水功能而不受影响。

附图:

系统运行原理及原理图

1、温差集热循环：当集热板温度T1温度高于水箱温度T2（T2-1、T2-1）8度时即T1-T2≥8℃时，集热水泵P1、换热水泵P2同时启动进行换热，当T1-T2≤4℃时，集热水泵P1、换热水泵P2同时关闭停止换热；

2、定时定温辅助加热：在设定时间内，系统检查水箱温度T2（T2-1、T2-2）低于55℃时，加热水泵P3、燃气炉启动进行辅助加热；

3、水箱逐次加热切换：系统在每次启动集热、辅助加热前自动逐次检测水箱温度，如检测温度低于55℃，按1号、2号、3号的顺序打开相应的循环阀门对水箱进行逐个加热，例：1号水箱温度低于55℃，系统打开电动阀E1/1和E1/4对1号水箱加热，当1号水箱温度低于55℃时，系统关闭电动阀E1/1和E1/4，停止对1号水箱加热，同时打开电动阀E2/1和E2/4，开始对2、3号水箱加热

参考文献：

[1]GB50364--2005，民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[s].

[2]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M]．北京：化学工业出版社,2005