太阳能热水系统在医院综合楼中的应用（中）

（山东省建筑设计研究院第五分院 绿色医疗设计研究所，济南 250001）

摘要：详细介绍了某医院综合楼太阳能热水系统设计过程中，结合医院实际，在制冷季节充分利用冷却水换热，提高了太阳能集热器产水量，并进行了太阳能集热器、贮热水箱、热水循环泵和半容积式水加热器的选型和计算。

关键词：医院热水；太阳能热水系统；太阳能集热器；半容积式水加热器

 

The Application of Solar Water Heating System in The Hospital Building

(The 5^th Branch of Shandong Provincial Architectural Design ＆ Research Institute, Jinan 250001, China )

Abstract: This paper introduces the design process of solar water heating system in a hospital building in detail, and combining the reality of the hospital, the cooling water is made full used to exchange heat in cooling season, the amount of hot water improved. The solar collector, heat storage water tank, hot water circulating pump and half volume water heater are calculated and selected.

Keywords: Hospital hot water; Solar water heating system; Solar collector; Half volume water heater

2 太阳能系统设计

2.1 太阳能集热系统的形式

   太阳能集热系统的形式主要分为四种：强制循环间接系统、强制循环直接系统、直流式系统和自然循环系统。由于后两种系统规模较小，且应用中存在多种限制，本文主要介绍前两种系统，如表1所示。

2.2 生活热水量计算

该工程一期生活热水用水标准及用水量，如表2所示。

2.3太阳能集热器总面积计算

     (1)

式中：A_jz——集热器总面积（m²）；

Q_d,max ——最高日用水量（L/d）；

t_r——热水温度（℃），制冷季tr=60℃，其他月份tr=35℃

t_l——冷水温度（℃），制冷季（5-10月）采用冷却水换热补水t_l=32℃，其他月份t_l=10℃； 

J_t——集热器采光面上年平均日太阳辐照量(kJ/m²·d)，济南=15770；

f——太阳能保证率，华北地区属于Ⅱ资源较富区，f=50%；

η_j——集热器年平均集热效率，取50%；

η_l——贮水箱和管路的热损失率，取20%。

计算得，A_jz =2014m²

而本工程属于间接加热供水系统，可根据A_jz值估算出间接加热集热器所需的面积为1.05 A_jz=2115m²。

由于该工程病房楼整体呈28.8度的圆弧弧形，屋面狭长不规则，梁间距较小，且多处有女儿墙、金属构件遮挡，不易布置大面积的太阳能集热器，因此选择单块面积小，易于建筑结合的平板型太阳能集热器。

2.5 集热器布置及产水量计算

在电梯机房层的南侧和屋架层共敷设482块平板式太阳能，敷设面积为964m²，如图1所示。根据公式(1)推算该太阳能系统每天可提供40℃温升热水74m³，可提供医院最大日热水供应量的33.6%，达到《绿色建筑评价标准》中可再生能源利用的要求。

在制冷季(5-10月)，利用板式换热器和制冷机房产生的大量冷却水，使进入太阳能的水预热，水温达到32℃，则该时段内太阳能集热器所能提供的60℃热水将大大增加，达到106m³/d，占全院最大日用水量的48%。根据表2的数据，门诊和医护的最大日用水量为105m³/d。因此在制冷季，太阳能集热器所能提供的热水可以满足门诊和医护的用水需求，即低区和中区的热水可不经过水加热器的热水补充而满足需求。

2.6 贮热水箱容积计算

     (2)

式中：V_rx——贮热水箱有效容积（L）；

A_j——集热器总面积（m²）；

——集热器单位采光面积平均每日产水量[L/(m²·d)]。直接供水系统取40~100 L/(m²·d)。本工程取60 L/(m²·d)。

计算得，V_rx=56520L=56.52m³。在病房楼机房层设置两个容积为30m³的贮热水箱，水箱尺寸为5m×3m×2m(H)。

2.7 热水循环泵流量和扬程计算

强制循环的太阳能集热系统应设循环泵。

(1) 循环泵的流量计算

q_x=q_gz·A_j    (3)

式中：q_x——集热系统循环流量（L/s）；

q_gz——单位采光面积集热器对应的工质流量，取0.02L /(s·m²)

计算得，q_x=19.28L/s。

每个太阳能贮热水箱配套两台热水循环泵，循环泵流量为20m³/h。

(2) 循环泵扬程的计算

H_x=h_jx+h_j+h_z+h_f    (4)

式中：H_x——循环泵扬程（m）；

h_jx——集热系统循环管道的沿程与局部阻力损失（m）；

h_j——循环流量经集热器的阻力损失（m）；

h_j——集热器顶与贮热水箱最低水位之间的几何高差（m）；

h_f——附加压力（m），取2m

计算得，Hx=5.4+1+10+2=18.4m。

因此循环水泵流量为20m³/h，扬程为20m。