爱华网光芒太阳能经典形象工程
山东淄博某别墅分体式太阳能热水与地暖复合系统
孙雷 彭庭
作者简介：孙雷，光芒集团品牌推广负责人，《中国太阳能产业资讯》编委成员，博瑞管理在线、中华品牌管理网、世界经理人、价值中国网等多家媒体专栏作家，对节能建筑、品牌建设、市场营销、信息化建设有较深领会。
彭庭，光芒分体式太阳能技术工程师，常年进行分体式太阳能热水工程设计，具有较丰富的实战经验。
0前言
随着原油价格的不断上涨,常规能源日益紧缺，越来越多的国家开始寻找新的替代能源。太阳能也便以能量巨大、节能环保、没有污染成为各国争相掘金的领域。太阳能集中供热水系统是目前应用最广的节能系统之一，也是一种相对比较成熟的太阳能热利用技术。 太阳能地暖系统是一种利用建筑物内部地面进行供暖的系统。它既能高效地使用环保能源，又具有调节室内温度、卫生条件高、舒适性好等特点，是一种减少建筑能耗提高热舒适性的理想供暖系统。太阳能热水与地暖的复合雄涉及到建筑结构、水暖、电工、建筑美学、热能利用等多方面知识，更适合国家对绿色节能建筑的要求，也便于在城市群体中推广。随着近几年，太阳能领军企业在前沿技术上的突破，太阳能供暖系统与供热水相结合的系统也开始逐渐走入平常家庭。
1、工程概况
山东淄博某别墅，总建筑面积324㎡，周围无高层遮挡建筑，为地上建筑两层，屋顶为坡屋面，日照充足。本次设计为家庭住宅，业主要求在其中一卧室内做地板采暖，采暖面积10m2，整套建筑均采用地暖。用户要求：地暖系统正常使用，保证温度，热水量足够，可以供洗手间、浴室、厨房等多处同时用水，水箱要有安全保护职能控制装置。本套系统的地暖系统由专业公司铺设完毕，本设计方案重点还是提供用户热水，辅助热源采用电加热系统。
2、气象资料
山东淄博位于北纬35°56′～37°18′，东经117°32′～118°31′之间。淄博地处暖温带，属半温润，半干旱的大陆性气候，四季特征分明。 年平均气温12.3℃～13.1℃，年平均无霜期180～220天,年平均日照时数为2542.6小时～2832.6小时，晴天平均日照时间为8.5小时，年均太阳辐射量为112～136kcal/cm2，具有比较丰富的太阳能资源。山东全区地下水温度10℃-15℃。
3、设计思路
本设计系统为太阳能热水和地暖复合系统，也是首次采用两种方式相合的系统。要求集热器形状结构、尺寸同建筑材料的模数和建筑结构达到较好的相容性，同建筑同步设计和施工。热水系统采用分体式集中供水系统，水箱采用光芒蓝金钢500L中央电热水器水箱。系统工作方式采用温差循环、地暖管道循环、光电复用三效结合的方式。
4、数据计算
热负荷：查《建筑给排水设计规范》住宅用水最高定额为60℃热水60-100升/人，结合实际使用情况设计用水为55℃左右热水共需热水500L升，冷水按10℃计算，通过计算可知：QA=94.2Mj
集热面积：据资料查得山东淄博地区按春、秋季节太阳日辐照量为17.5Mj，太阳能集热器效率为49%，管道损失根据《建筑给排水设计规范》取80%，则集热面积：JA=13.7M2，设计取14M2。
电加热功率：已知QA=94.2Mj，设计在两小时内加热到设定温度55℃，则通过计算可知电加热功率为：15KW。
5、系统选型
太阳能热水系统主要有分体式集热系统、500L中央电热水器储热水箱、智能控制系统、多路管路及循环系统、辅助加热系统等组成。
5.1集热管采用光芒热管式真空集热管
主要基于以下特点：
1）、热管传热，管内不进水，避免了因结水垢而引起水道堵塞和管内结垢影响输出功率等问题。
2）、抗冷热冲击好，运行安全可靠，单管破损不影响整体运行。
3）、特殊防冻技术，-45℃仍无冻坏之忧。
4）、热管式集热管热容小，启动快，热量输出快。
5.2中央电热水器水箱： 500L蓝金钢中央电热水器水箱，是目前全球最大的中央电热水器水箱，具多点供水、水量充足、恒温热水、水质洁净的特性，能够保证多人、多点同时使用恒温热水。除正常集热循环接口增加地暖循环接口。同时水箱还拥有如下多重保护措施：
①漏电保护：漏电电流达到0.01安培，漏电保护器即可在0.1秒内自选切断电源，安全无忧。
②超压保护：内压超过8公斤/平方厘米时，安全泄压阀自动泄压。
③超温保护：当水温异常升高时，双极温度保护开关会自动同时切断火线和零线，彻底停止加热，保障安全。智能自动恒温装置自动加热或自动断电，确保恒定温度。
④干烧保护：即使断水通电，特有的防干烧温控保护，使加热棒也不会烧坏，寿命延长。
⑤倒流保护：采用单向止回阀，即使停水，内胆中的水也不会倒流。
⑥防锈保护：独特优质外壳，耐腐蚀、防潮、绝缘性较好，适合在浴室的环境中工作；内胆内层的高档瓷釉具有超强的耐高温、无污染、有韧性优点，面釉可以防油污，底釉可以防生锈；内胆下置式出水口更加保证少许原有沉淀物及时排放，有效保证了水质健康无污染。
5.3智能循环控制系统：采用智能控制仪，保证按照用户预定的“定时上水、定时加热、水位控制、温度控制、缺水保护”等指令自动运用，老人、小孩也可轻松操作，通过微电脑程序设有过热（载）保护、防干烧保护、接地保护、防雷击保护等装置。循环水泵：进口德国威乐水泵；低噪音：采用特有的离心式叶轮以降低摩擦；低功率：功率可比同级水泵低3—5倍；寿命长：电机采用屏蔽式设计。
5.4多路循环管路系统：热水系统采用品牌PP-R管、管件。管道保温采用30mm厚高压发泡聚乙烯O型保温管，外扎铝玻，地暖管道采用品牌聚丁乙烯管（PB）。
6、系统工作原理
本系统采用温差控制循环、地暖管道循环、电辅加热三种结合的运行方式，系统全自动运行。无需专人看管。
温差控制集热循环
系统中有集热器温测器和水温感应器，集热系统吸收太阳能辐射后，集热管温度上升，当集热器温度和水箱温度水温差△t设定值时，检测系统发出指令，循环泵将中央热水器中的冷水输入集热器中，水被加热后再回到水箱中，使水箱内的水达到设定的温度。当集热器温度和水箱温度温差接近平衡时，循环泵就停止，如此反复，使得水箱中的水温不断升高。
地暖管道循环系统
增加一台热水循环泵，通过控制器控制地暖管道循环。当水温达到设定温度时，自动启动地暖循环泵，使高温水通过地暖盘管在室内循环，从而使室内温度不断提高。当水箱水温低于某一设定值时，自动停止地暖管道循环泵。
电辅助加热系统
当冬季或光照不足，水箱内水温在设定时刻还未达到设定水温时，控制器自动打开电加热系统，加热水箱内的水，使水温不断提高至设定水温，此时水温探头检测到水温达到要求，则控制器自动停止电加热系统。
7、工程施工
本次热水系统设备安装主要包括以下几个部分：
1、中电热水器水箱：根据《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T 18713-2002的第5.8.1的规定实施。考虑到业主要求以及中央电热水器多大300斤的重量，该水箱设定放置在车库里面，以此减少对楼层地面的压力。
2、集热模块安装：根据设计施工图纸，安装固定支架联箱，采用膨胀螺钉固定，利用硅胶管和卡套连接各个联箱。
3、管路及保温：根据设计施工图纸走管,在保证可靠实用的前提下，尽量做到美观，要充分考虑与屋面的结合。系统保温根据《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T 18713-2002的第5.11的规定实施。安装管道安装完毕后按照《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002第6.2的规定试压，并符合标准。
4、电气控制系统安装：控制系统根据业主实际需求安装，采用内嵌式，整体美观大方，不影响建筑形象。电源线与设计相符，管线走向整齐合理，安装完毕后应有靠接地，同时接有避雷措施。
5、系统调试，满足整个系统设计要求，正常运营一周后通过正式验收。
8、经济效益分析
太阳每天照射到地球表面的能量大约为17.5mj/m2，相当于3.6度电所发出的能量。从气象资料可以查得：山东淄博地区的全年日照时间约2200—3000小时，相当于280-300天的晴天时间，我们以使用太阳能与电互补和完全使用电能及然气制备生活用热水年运营费用作个计算比较：
8.1使用电热水器：
假设我们需要的热水温度为55℃，全年冷水平均温度10℃。
每天需要的热水量为500KG，电费按0.52元/度：
则每年运行费用=[500×（55-10）÷860÷95%] ×0.52×365≌5227.1元
8.2如果采用油锅炉提供热水
每天需要的热水量为500KG，油价按6.00/公斤元计算
则每年的运行费用=[500×（55-10）÷10200÷75%] ×6.00×365=6441元
8.3燃气热水器：
每天需要的热水量为500KG，天燃气价格按2.05元/M3元计算
则每年的运行费用=[500×（55-10）÷8400÷80%] ×2.05×365=2505.3元
8.4本套系统：
由于山东淄博每年有280-300天左右的时间可以完全由太阳能来提供热水，剩余85天左右的时间由电提供热水。
每天需要的热水量为500KG，电费按0.52元/度：
则每年的运行费用=[500×（55-10）÷860÷95%] ×1×85≌1217.3元
从以上计算可以看出：采用太阳能和电辅助的系统运行成本最低，油锅炉费用次之，电热水器、燃气热水器最高。综合判断，使用太阳能系统制备生活用热水的设备回收期一般在1.5年--3年。而太阳能热水系统主体的设计寿命在15年以上。所以安装太阳能热水系统是既经济又环保的节能方式。
9、小结
分体式太阳能热水系统与地暖复合系统，运行稳定，社会效益与环境效益明显，开创太阳能热利用的新模式。该套系统更适合在城市地区建设绿色节能建筑。同时，本套系统也要求设计人员需要具备专业太阳能热水工程、地板采暖、家装材料等多学科知识，并且尽量做到与建筑同步设计、同步施工、同步验收，从而实现太阳能热利用装置与建筑的完美结合。
