甘肃省陇南市某医院太阳能设计

提要：甘肃省陇南市是2008年四川汶川地震重灾区，后由深圳市抗震救灾对口援建项目，深圳市建筑设计研究总院有限公司设计，主要包括医院、中学等，陇南市某医院为住院部大楼，全部热水采用太阳能+热泵热水系统，该系统运行二年多来效果较好，而且节能、减排、环保。

设计参数

该医院为住院部大楼，设计十六层，建筑面积22170，建筑高度64.00m，层高3.50m，地下室一层、地上十六层，地下一层为设备房及病理检验室，一~四层为病人活动室、手术室、医生办公室等，五~十五层为住院部，总床位数593床，十六层为医院办公室、会议室，屋顶为电梯机房，保温水箱，太阳能集热器,空气源热泵等。

住院部为三人一间和二人一间，各间设卫生间和淋浴（见图一），为了节能、减排，减少常规能源的消耗，充分利用太阳能资源，因此该住院部大楼设计采用太阳能+空气源热泵热水系统（见图二、图三）。根据资料,陇南市太阳能年辐射量6690~8400MJ/年，年日照时数3200~3300，标准光照下年平均日照时间5.08~6.3小时，所以该住院部大楼采用太阳能系统较为合理，太阳能布置图（见图四）。该热水系统回水管采用导流三通连接，在回水管上设限流节阀、温度控制阀等,保证热水循环效果的措施。

太阳能热水计算

住院部大楼共十六层,总建筑面积22170 m2：

1、住院部设在 5~15 层,593 床，总人数为 593 人；其余楼层仅门诊医护人员洗手用热水.

2、全年平均每人每天热水用量取70L/（人・天），计算太阳能热水系统5~15层热水需求，则太阳能热水系统的热水量按下式:

=N.q = 593x70= 41510 L = 41510/1000 = 41.51m3/d = 41.51/24小时 = 1.5x1.73 = 2.60m3/h

式中 N――住院部人数593人

q――每人每天热水用量70L

K――小时用水系数1.5

3、屋面需安装太阳能集热器面积按下式：

式中 ――太阳能热水系统供水量

――水的定压比热容，4.1868kJ/（kg・℃）；

――贮水箱内水的温升，取37℃；

f――太阳能保证率，50%；

――地区正南方向、倾角为纬度的平面全年日平均太阳辐照量，取1.47×104kJ/（m2・天）；

――集热器的年平均集热效率，50%；

――贮水箱和管路的热损失率，20％。

=546 m2

四、太阳能热水系统集热器面积

1, 该住院部屋面建筑面积707.56 m2 计算所需太阳能集热器面积需546 m2,实际只能布置太阳能集热器面积286 m2 , 集热器面积满足率52%. 不足部分另设三台空气源热泵热水机组制备热水, 热泵优点: 节能, 热泵从室外空气中获取热量,仅消耗少量电能,可把消耗的电能转化成3倍以上的热能实现供热. 环保: 热泵热水机组在运行时无任何排放及污染. 且安全,可靠. 热泵选用TFS-SKR1500型三台,每台生产水量Q=1.5m3/hN=60w (采用二用一备).

2,计算集热器面积如下表：

五、太阳能热水箱

小时热水用水量为2.60m3/h, 热水日用水量为2.60m3/h x 24小时=62.40m3/h, 热水贮水箱按50%计, 则太阳能热水箱为31.20m3, 取10m3不锈钢保温热水箱3个,共计30m3.

六、太阳能设备及运行

该系统采用定时、定温+温差强制循环加热技术，并配太阳能热水系统专用温差控制器，可将太阳能产生的热水及时、高效地送入保温水箱。在等同集热面积的条件下，可提高30%产热水量。

工作原理：晴天，当太阳能把集热器内的冷水加热至55度时，冷水管上的电磁阀自动打开，冷水进入集热器内，将集热器内的热水送至保温水箱中储存待用，当冷水到达集热器出口处的温度探头时，探头温度低于55度，电磁阀立刻关闭，冷水停留在集热器内继续被太阳能加热，2―5分钟后，水温又达到55度时，电磁阀再次打开，集热器内的热水又被排放到保温水箱中，按此规律，产生的热水进入水箱，水箱内热水逐渐增加，水箱水满后，停止进水。

为了充分利用太阳能，本系统增加温差循环控制，当太阳能集热器顶端的温度探头与水箱之间温度达到设定的温差时，循环水泵起动，当差时为零时循环水泵停止工作。使水温进一步升高至60-70度，当水温达到70摄氏度时，就停止循环加热，限制水温不要超过70摄氏度，以免烫伤人。如果供水时段在19：00―22：00，热水在供应的过程中，水箱内的热水水位逐渐下降，此时冷水不会进入水箱，热水保持恒温。水箱底部设有最低水位线（即20%处），当晚上用水低于最低水位线时，自动控制系统的最低水位保护启动，热泵辅助加热器会自动加热补充少量热水，补充的热水达到20%水位时就停止补充，保证热水源源不断，且不会造成浪费。水箱设有缺水保护水位线（10%），水箱将留有10%的水来作保护热泵及水泵的正常工作，也就是说只能用到90%的水，晚上用水超过最低水位线（20%）时，热泵会自动补热水进入水箱。

阴天、雨天时，太阳能不产生热水，或者产生的热水很少，为最大限度利用太阳能，本系统采用空气源热泵生产热水，以保证大楼的热水供应。晴天时，10分钟内集热器的出水温度达到55度，则自动进入水箱；阴雨天时，10分钟内集热器的出水温度可能达不到55度，系统自动检测集热器出水口温度，若是低于55度却又高于低温进水温度（可设置，默认为42度），此时空气源热泵循环加热启动，将热水加热到50度。这样可以避免低于55度的热水被堵在集热器中，造成浪费。

空气源热泵辅助加热水位控制,采用分段液位控制，默认为20%,50%，75%,100%控制。控制方式为：在中午12点时，如果水箱内热水水位还不到50%的位置，则空气源热泵辅助加热自动启动，补充热水到水箱，直到水位达到50%；下午14点时，如果水箱内热水水位还不到75%的位置，则空气源热泵辅助加热自动启动，补充热水到水箱，直到水位达到75%；下午16点时，如果水箱内热水水位还不到100%的位置，则空气源热泵辅助加热自动启动，补充热水到水箱，直到水位达到100%。一个时间点对应一个水位，这些时间段可以根据现场实际情况进行设置。若在这个时间段内天气转晴，阳光充足了，太阳能产生的热水可以达到相应的水位，则空气源热泵将不再启动。系统为自动控制和手动控制，还可利用夜间的峰谷电价，可以节省电耗。

参考文献：

民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB50364-2005

民用建筑节水设计标准GB50555-2010