太阳能热水工程与空气源热泵机组工程

摘要：详细介绍太阳能热水工程设计、安装中的一个实际例子。

三年前，我们在北京某大医院设计安装了日产30吨热水的太阳能集热供水工程。从多次用户回访来看，使用效果非常好，一年365天，每天产热水30吨以上，水温不低于设定的45℃。由于在北京的市区，早已经不允许燃烧煤炭锅炉了，很多单位改用燃气锅炉之后，燃料费用增加数倍，使企业运行成本加大。

从环境保护角度考虑，煤改气的政策是造福于社会、造福于人民的，可从燃气锅炉运行费用来讲，企业成本的确增加很多。因此，从太阳能集热供水和供热工程所特有的环保性与经济性来看，的确是大有作为，从我们设计、安装过的工程，足以看到其环保性产生的社会效应和经济性为企业产生的巨大经济效益。

这个太阳能热水工程在设计初期，我们根据楼房设计图纸仔细重新进行测绘（很多建筑物在施工期间，多次修改施工图纸，实际尺寸与图纸往往有差距），将修改后发生变化的部分，进行重新标注，便于设计中各部分尺寸的准确性，以利于最后方便组装工作。在楼房的朝向最佳位置的中间，有一个较大的电梯机房，这样，上午日照偏东一些，西边部分影响日照；下午日照偏西一些，东边部分又影响日照。当建筑物面积又很有限时，只能够考虑最大限度地利用其建筑面积，按照传统的太阳能热水工程安装方法，根据纬度方式计算联集管角度，联集管每排之间还要留有一定的空间，防止阴影的遮挡问题，加之建筑物形状呈复杂的多边几何形状，十分的不规则，具有一定的设计和施工难度。

经过计算这个医院建筑面积约570平方米，减去电梯机房以及机房阴影部分和后边的20多个空调机组，实际可以使用的面积已不到500平方米了。在当时，国标《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713-2002虽然刚刚制定但尚未公布。我们查阅国外的有关资料，看到很多国家早已采用了水平或小角度安装方式，翻译过来看了看，认为有一定的道理。如：

1、从流体力学分析，水的流动更加通畅，所以沿程损失比较小。

2、集热器系统上下转折路径很少，因此真空管中不易有沉积物。

3、在北方地区的夏季，早晨的太阳是从东北角升起，傍晚是从西北角落下，常规安装的斜置方式的太阳能集热器，有几个小时是照在集热器后面或侧面。太阳光可以理解为平行光，真空管是圆形的，大多数季节水平放置也照射180º，一天的日照时间更长一些，所以，可以增加吸收太阳的热能（我国南方影响不大，在北方应注意当地冬至季节真空管的阳光遮挡角度冬季日照辐射较弱，与夏季相差较大，越靠北的地区越发明显）。

4、建筑物顶部面积的利用率可高达80％左右，且建筑物顶部受 力比较均匀。

我们根据以前在南方安装过的几个太阳能热水工程，采用过0～30°的安装方式，使用已经约一年左右，运行情况及用户反映一切很好。于是，全部设计工作只能就在这有限的面积上考虑，我们将不规则的面积划分为大小不同的矩形，根据大致区域分为二个流动环路，每个环路的宽度又只能分成二路并联。采用串并联组合方式，总的集热面积达到了400平方米。尽管受到电梯机房的一定影响，在春、夏、秋的三个季节大部分日照条件晴好时，大多温度在50℃－75℃范围，总的热效率还是令人满意的，日照条件不好时和冬季，由于采用输出为100KW的空气源热泵机组做为辅助能源，水温可以根据需要设定。

设计为30吨储热水箱比较重，从建筑力学考虑，放置在楼顶部显然不合理。允许使用的空间只有在医院的地下室内，循环管路适当增加了一些，但在辅助能源设备上，我们可以得到有利的一面，地下室水箱间附近是锅炉房的冷凝水箱及泵房，冬季有很多湿热需要每天大量排出，这就给使用热泵机组创造了条件。春、夏、秋季节，热泵机组可以利用大气环境中的弱热，用少量的电能通过压缩机产生高品位的热能，到了冬季，热泵机组可以吸收锅炉房泵房的湿热，在产生高品位的热量同时，将冷凝水通过管路与泵房自动排水系统连接，随时可以排出，泵房的空气也干燥了，热能也被充分利用了，一举两得。

我们使用的热泵机组输入功率将近27KW，输出100KW的热能，同时，还产生约90KW左右的冷气，在夏季，还可以接到周边各个后勤部门使用。总之，热泵机组的能效比约为1：3.5左右，同时，还可以获得约3倍的冷气。总之，当投入为1时就可以得到6～6.5倍的效益。在医院这个太阳能热水工程中热泵机组的效率被充分进行了利用。