游泳池太陽能熱水工程系統解決方案設計說明

　　浩通公司是國內較早將太陽能集熱器與建筑結構安裝融合一體的太陽能企業之一。在多種建筑類型與太陽能匹配中，有自已的多項技術特長。這里公司以典型客戶“常州高級中學游泳池太陽能熱水工程”為大家做一個全面的：游泳池太陽能熱水工程系統解決方案講解。

　　

　　2008年國家投巨資為常州高級中學(中國共產黨早期領導人瞿秋白、張太雷母校)施建現代化文體中心，該建筑底層為游泳池。按節能設計要求，其游泳池熱能損失利用太陽能熱源補充。為了讓集熱器與建筑融為一體，業主、設計方經多次比較，最后確定選用國內集熱效能較高的黑鉻平板集熱板。(全銅黑鉻集熱板產品吸收比為93%～95%，發射比為9～10%，春、秋季產水量45℃～60℃熱水80L-120L/(㎡•d))。

常州高級中學游泳池太陽能熱水工程設計圖

　　經政府招標，浩通公司在眾多太陽能企業投標競爭中成為常州高級中學游泳池太陽能熱水工程中標方。

　　針對游泳池太陽能設計方案所需熱水能量及采用平板黑鉻集熱器效能，其集熱工程設計按以下要求：

　　游泳池容積：25000×20000×1500=750M3。燃氣鍋爐在初次加熱后，保持水溫28℃，當由于散熱等原因水溫從28℃降低了2℃時，太陽能儲熱水箱熱水與游泳池換熱循環泵自動打開，通過板式換熱器向游泳池補充熱量;當游泳池溫度超過28℃時，循環泵停止運行。

　　游泳池750M3，水溫28℃，以每日降溫2℃計算， 耗熱量：Q=750×1000×2=150×104kcal

　　按太陽能提供60℃熱水，△T60-28=32℃。需太陽能提供60℃熱水1500000/32/1000=47M3：游泳池配置60℃熱水箱50M3。

　　按給排水設計規范上有關規定的計算游泳池散熱量公式，應計算補充水耗熱量(日補充新水3—5%)、水面蒸發熱損失(占熱損失較大比重)、池底和池壁散熱等。泳池散熱損失如按規范中的公式，計算出來的是峰值散熱量，用來作為確定供熱設備功率的依據。如果用來確定太陽能面積，可進行概算，28℃室內泳池可按350W/m2日運行按8—10小時計算。

　　本項目游泳池容積750M3，日補水3%，補水量為22.5M3，冷水溫度按15℃，日補水：Q1=22.5×1000×(28-13)=29.25×104kcal。

　　泳池表面積500平米，泳池散熱損失按350W/m2概算，日運行時間可按8小時計算。則每日散熱損失為：

　　Q2=500×350×8=1400kWh=121.24×104kcal。 泳池總熱損失

　　Q=Q1+Q2=150.5×104kcal。(與按每日降溫2℃計算結果差不多)

　　健身房淋浴：淋浴頭44只，每只淋浴頭每次供熱水60L，每只/天10/人次，按全天60%利用率考慮。

　　耗熱量：Q=44×60×10×(45-15)×0.6=475200kcal

　　健身房水箱：淋浴40℃熱水44×0.06×10×0.6=16T，健身房配置45℃熱水箱16M3。 本太陽熱水系統日耗熱量：

　　1500000+475200=19754200÷860=2296(KWh) 本太陽熱水系統負荷按8h輸出，則小時熱負荷為

　　2296÷8=287KW

　　按當地春秋分太陽能輻射能量每㎡集熱板能量輸出功率0.307kw (17MJ/㎡×52%÷4.186=2.11÷8=0.264×1.163=0.307KW) 集熱面積：287÷0.307=940㎡

　　太陽能熱源補充用量以春秋為基數設計太陽能集熱面積，配合燃氣鍋爐，既可在游泳池初次加熱降溫后發揮作用，又可在冬季陽光不足時加熱補充使用。

　　工程采用溫差強制循環：即太陽能熱水系統采用溫差循環方式運行。溫度傳感器將集熱器出口T1、太陽能儲熱水箱T2傳遞給電腦控制器。當T1-T2>溫差循環啟動值時，控制器發出控制信號，啟動太陽能循環泵，系統開始循環，不斷地將集熱器產生的熱水置換到太陽能水箱，這是一個反復循環的過程，隨著水箱內熱水溫度不斷提高，T1與T2之間溫差越來越小，直至T1-T2<溫差循環停止值時，電腦控制器發出控制信號，關閉太陽能循環水泵。

　　系統補水：游泳池、健身房淋浴為全天用水，因此太陽能水箱熱水系統采用電磁閥補水，只要太陽能儲熱水箱中的水位在設定下降位置，自來水就會自動補進來，滿水自動關閉。(電腦控制器具有水位顯示面板)集熱水箱水位共分四檔，當水箱水位低于三時，系統自動啟動上水電池閥，涼水進入集熱水箱，當水箱水位達到滿水位四檔時，系統上水電磁閥自動鎖閉，確保游泳池用水能夠足量供應。同時設水位溢流報警，如該功能供水電磁閥發生誤差或失控，其報警功能發出信號，該系統即鎖定上水電磁閥。

　　泳池恒溫換熱循環：泳池熱源補充為杜絕水質污染采用間接供熱，配置一套熱交換器，太陽能貯熱水箱內熱水由供熱水泵向泳池熱交換器供應，熱交換器收集能量即供應給泳池，補充泳池熱能損失，當游泳池水溫低于設定溫度(28℃-2℃)，并且水箱水溫高于設定溫度時，智能控制儀自動控制板換循環水泵啟動，使游泳池較低溫度的水與儲水箱較高溫度的水進行換熱，當游泳池水溫度達到設定溫度時，板換循環水泵自動停止。如此不斷，使游泳池水溫保持在28℃±2℃;如熱水箱水溫超過用熱點水溫不足3℃時，通過泳池循環管線溫度信號傳示，即啟動燃氣鍋爐補充能源，確保滿足游泳池熱水需求。

常州高級中學游泳池太陽能熱水工程現場安裝圖

　　因常州高級中學游泳池太陽能熱水工程的具體使用要求，我們特別將以下幾個事項作為工程安裝中解決重點：

　　一、游泳池太陽能熱水工程集熱板和管線抗凍處理

　　作為平板集熱器，它具有以下優點：集熱效率高、使用壽命長、承壓能力好、耐候性好、水質清潔、平整美觀。它產水量大，故障率低，平板集熱器在使用過程中幾乎沒有故障可言。全銅板芯、鋁合金邊框鋼化玻璃，其使用壽命均可達25年以上。集熱器整體性好，極易與建筑融為一體，并能起到屋頂防熱保溫的良好作用。

　　但平板型太陽集熱器是由銅鋁復合或全銅等金屬材料制造。冬季使用時就能出現集熱器內的水結冰而至使集熱板、管線漲裂被凍壞。在國內使用近30年的歷史中，前些年因防凍處理不好，平板集熱器只能作為春夏秋的季節產品，特別冬季，作為北方，就要將集熱器及水箱中水全部排除，否則即發生集熱板、管線凍壞現象。而國外的太陽能市場，平板集熱器占有份額為80%～90%，其抗凍方式均使用防凍液作介質，采用二次換熱處理解決防凍。但同時也因采用了二次換熱相應降低了能量效果。

　　我們在該太陽能集熱工程中，采用落水排空式解決系統抗凍。即當日照理想的時候，電腦控制器發出啟動信號，太陽能循環泵啟動，將太陽能集熱器收集到的熱水輸送到水箱，加熱水箱中的水;而當日照不理想或夜間的時候，電腦控制器發出關閉控制信號，太陽能循環泵停止運行。當循環系統工作一程序后，集熱器和循環管路因設定相應坡度系數，集熱器和循環管路中的水因為重力關系自動排空，流回熱水箱，防止集熱器和管路在冬季因存水而凍結。此排空系統具有運行簡單、可靠的特點，全天候平板過冬熱水系統采用排空法進行防凍的方法，在大量的工程實踐應用中得到證明，是非常成功和行之有效的。

　　二、游泳池太陽能熱水工程防過熱處理

　　在進行系統設計時，需充分考慮到夏季產熱量大于需求量的情況。當晴天太陽能集熱器吸收的太陽能輻射能量通過溫差循環儲熱，水溫會不斷的上升，導致儲水箱內水溫升高。如超過溫度設計需求，使集熱器處于高溫狀態下運行，即造成集熱器和熱水系統的一些部件的損壞。此外，高溫水易形成水垢，對整個系統的運行也會造成不利的影響。所以我們將控制系統設計了上限控制點，即當溫度達到水箱過熱保護溫度時，太陽能循環泵停止工作，不再與集熱器進行熱交換，使集熱器溫度不再升高，系統進入平衡狀態。同時增設水箱防過熱報警保護系統程序雙控。系統的防過熱功能，同時解決了集熱板結垢問題。由于系統中的水完全在60℃以下低溫中快速循環，所以就幾乎沒有水垢產生的條件。它充分確保了平板集熱器的壽命，同時，因我們選用的是平板集熱器，采用排空方式，就是高溫情況下強制上水對集熱板也沒有影響。不會像真空玻璃管那樣為防止炸管對上水有特定要求。這也是選平板太陽能系統的重要依據。

　　三、游泳池太陽能熱水工程集熱板保溫層防過熱萎縮

　　當夏季陽光輻射量過高，集熱板因防過熱循環泵停止工作時，其底部聚胺脂保溫層，也因溫度太高即形成萎縮現象。雖然平板集熱器不能像玻璃管那樣因空曬后循環加水造成炸管，但因集熱板空曬形成高溫傳導，溫度超過160℃，致使為防過熱而整體發泡的聚氨酯材料萎縮現象發生，其保溫效果就大為降低。為解決這一現象，我們在集熱板下部與保溫層之間放一薄層耐熱耐萎縮玻璃棉，致使集熱板與聚氨酯形成隔離狀態，使其在較低工作溫度下保溫層保持密封狀態達到降低熱損。

　　四、游泳池太陽能熱水工程不銹鋼管道與集熱板銅件防電化學腐蝕處理

　　該項目太陽能工程的質量要求較高，在給水系統管線中，確定給水、熱水管線、閥門管件均采用不銹鋼管及管件，而集熱器板材的管件采用的是銅材;當兩種金屬或合金相接觸時，極易造成異種金屬接觸處的局部電偶腐蝕，亦稱雙金屬腐蝕。為了解決以上兩種不同金屬腐蝕現象，減少異種金屬接觸;設計易更換部件的結構，我們采用絕緣材料間隔接觸面組件，將雙方材料合理匹配組合一起，達到質量要求。

　　五、游泳池太陽能熱水工程集熱板殼體要求

　　對集熱板的玻璃蓋板，它有高全光透射比、耐沖擊力強度、良好的耐侯性能，絕熱性能優良要求。我們選用了透過率超過90﹪低鐵鋼化玻璃。

　　對集熱板的保溫層要求是保溫性能好，即材料的熱導率小，要求不大于0.055W/(m.℃)，不易變形或揮發，不產生毒氣體、不吸水。為此，我們采用了集熱板底層整體聚胺脂發泡。

　　對外殼要求是應該有一定的鋼度和強度，并便于安裝。我們定型制作了防熱損無玻璃橡膠壓條專用鋁型材，無邊角切割整體組合制作。

　　六、游泳池太陽能熱水工程系統安全

　　防風雪措施：集熱器支架整體焊接，室外支架(含太陽能集熱器支架和管路支架等)均采用40×40國標熱鍍鋅角鋼。整體支架與樓面拉纖固定，保證集熱器的穩定性，達到國家的設備抗風規定。

　　防雷措施：太陽能系統設備并非處于樓面最高位，按現有情況將集熱器支架與樓面避雷網連接便可，保證設備安全運行。

　　漏電保護措施：對于本太陽能熱水系統用電的設備，我們采用漏電保護開關和重接地保護，確保用電安全。

　　七、游泳池太陽能熱水工程集熱板及系統排氣、吸氣處理

　　工程中我們將集熱系統采用溫差強制循環，實施排空法(落水式)運轉方式。這樣每次集熱程序后集熱器和循環管路中的水因為重力關系排空流回熱水箱解決抗凍問題。但系統工作時，水進入系統，因存有空氣，如不排除，即行成氣塞現象;而當水回流時，其集熱器及系統中即形成真空，造成一個空腔，這樣，水就不易排出，還極易損壞系統;為了防止以上情況發生，我們將集熱器及管路按運行位置實行流量平衡，將系統分成多個獨立單元，每個單元的最高位置配以排氣、吸氣系統，以保證系統循環、排空和回流需要，達到系統正常運行。

　　八、游泳池太陽能熱水工程增設集熱器高空施工位置

　　該工程設計集熱器面積因樓面空間位置不足，為達整體最佳集熱及排空功能，工程施工開始我們即與業主、設計院確認，將樓面東側條梁樓層采用鋼架平鋪焊制，其集熱器重量分載于下側砼樓面，集熱板與整體系統成一水平位置，每排集熱器后側安裝鋼板通道，便于集熱板及管路施工安裝及日后維修。其鋼梁支架均按金屬結構標準施工驗收。 該工程竣工后經調試運轉及與泳池設備同步運行，均達到原設計各項設定功能和使用效果。

　　公司在常規建筑類型中，針對不同的建筑與太陽能一體化匹配，均采用不同的方式量體設計，如：

　　1、常州中意寶第小區，我們為高層建筑配備了2400套陽臺平板壁掛式太陽能熱水器，通過介質二次換熱功能達到使用需求，經兩年使用(特別經過2個冬季運轉)達到了良好效果，用戶感到舒適滿意;

　　2、在鎮江紀委一處建筑群中，我們將集熱板鑲嵌于屋面中，形成與建筑物一體，將水箱放置于室內水箱間，熱水增壓使用，達到良好使用效果;

　　3、在常州九洲環宇(110米高層太陽能循環系統中)、普羅斯等多個太陽能建筑項目中，我們都將太陽能與建筑達到最佳匹配。

　　均根據各種不同類型不同結構量形設計，定型配備施工，實現太陽能熱水器與建筑物完美結合，讓太陽能與建筑物兩者更加協調和統一。

　　經過多年的努力，浩通全天侯太陽熱水系統與建筑結構安裝融合一體化項目已形成了全面擴展的形勢。我們已相繼完成了不同產品、不同規模、不同運行方式(不同輔助能源配合的數百個工程，吸取了眾多教訓的同時，也積累了豐富的經驗，使浩通全天侯太陽能熱水系統工程技術基本能滿足多種不同條件和要求下的用戶需要，達到了較為理想的效果。

　　從太陽能產品和系統設計上看，太陽能和常規生產供熱系統是可以有機結合起來，從而達到節能環保、運行可靠的目的;從預期經濟、環保效益看，在達到很好的節能、減排目標的同時，還帶來了可觀的經濟效益;從項目風險看，成熟的太陽能光熱技術，加上采用先進的集熱器和控制系統，項目風險極低;從社會影響和示范效果看，太陽能應用于工業、生活熱水，擺脫了太陽能應用于建筑節能的束縛，拓展了太陽能應用領域，將為太陽能更廣泛地應用于工業、農業等生產領域做出良好的示范效果。

　　我們充分認識到太陽能熱水系統與建筑結合及應用已進行多年，并取得一定成效，但要在全國大規模推廣應用取得規模效益，絕非哪一家太陽能企業能夠獨立完成，需要設計部門和用戶的共同參與，并得到建筑規劃和設計施工部門的支持，通過一定數量的示范工程，總結經驗，逐漸形成相關規范和標準，這樣，太陽能產業才能真正將太陽能與建筑結合的水平提到一個新的高度。

　　游泳池太陽能熱水工程系統解決方案設計圖