设计安装案例—医院太阳能热水系统如何节能(无锡市妇幼保健院))

设计安装案例—医院太阳能热水系统如何节能？

一、项目概况

江苏省无锡市妇幼保健院门急诊楼于2009年建成启用。该楼占地面积为2661.5㎡，总建筑面积为35017㎡，大楼地面12层，其中一至六层为门急诊，七至十二层为病房，共有双人病房96间，其中九层设有4间手术室。病房和手术室都需要24h供应生活热水，主要满足住院产妇和医务人员洗澡使用。该楼热水系统原采用水蒸汽（蒸汽按压力0.3Mpa，温度135℃计）直接加热水的方式提供生活热水。本项目设计要求热水量人数按200人计算，每人每天的热水供应量按60L 计算，每天热水需求总量为12t，要求24小时定温集中供热水。

图1 屋面太阳能热水系统改造完工图

二、建设目标和意义

为了响应《中华人民共和国节约能源法》和《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》文件要求，我院针对门急诊楼现有热水系统进行节能改造，改造后采用太阳能热水系统（图１），如果太阳能热能不足，则由蒸汽作为辅助能源，以达到绿色节能、环保、低碳的目的。改造后的系统具有以下特点—

（一）节能减排太阳热水器就是把太阳能转变为热能的装置，利用集热器收集太阳辐射。我国的太阳能资源十分丰富，全国2/3以上的地区年辐射量大于502万KJ/㎡，年日照时数在2000ｈ以上。在无锡地区，年平均日辐照量Hha为：17.97MJ/(㎡.d)

（二）环保清洁太阳能是一种洁净能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气等，也没有噪音，更不影响生态平衡，具有优越的环保性。（三）易维护改造后的系统为全自动智能化运行系统，不需要专人看护，且系统设有远程报警装置，可与专业服务平台联网操作，可免除我院对热水系统的维护成本。

三、系统设计

热水系统的设计运行流程：冷水从楼顶的日常生活冷水箱中通过自然压力、集热水箱浮球阀控制冷水水位；太阳能水箱的水通过太阳能循环加热后，将集热水箱内预热的热水接入容积式换热器，集热水箱供水管连接蒸汽热水器进水口，通过一段时间的太阳能热水系统循环后，使得集热水箱温度提高并且使蒸汽热水器进水温度提高，通过直接提高蒸汽热

水器的进水温度，使热水温度能更快达到正常使用温度。生活热水加热方式的选择，是在结合了无锡的地理位置、气候特点的基础上，经各种方案比较后确定的。无锡市属北亚热带湿润区气候，气象条件见表1。

表1 江苏地区气象条件

参照表1可见：无锡年平均日辐照量Hha为：17.97MJ/(㎡.d)；水平面年总曝辐量Hht为5100.38MJ/(㎡.a)；年平均气温15.6℃，极端最高气温38.9℃，极端最低气温-12.5℃。冷水计算温度：当地最冷月平均地下水温度为15℃～20℃；年平均每日的日照小时数为5.53h；年日照总时数2019.4h/A；由此得出，太阳能发挥了较大作用。

设备选型本系统设备主要为太阳能热管集热器、储热保温水箱、太阳能循环水泵。根据门急诊楼的用热水需求，设计采用Φ58*1800mm*25管全玻璃金属热管真空管型太阳能模块46组（每组的采光面积为2.53㎡）约116㎡，太阳能集热器安装位置位于该楼楼顶屋面。热管集热器运行原理：热管的传热过程可以描述为当全玻璃真空集热管吸收到太阳光后，将光能转换成热能，再将热能传递到玻璃内管的铝翼上，传导给热管蒸发段内的液态介质，液态介质受热后蒸发，在气压差的作用下迅速传递到冷凝段，介质再由气态变为液态，并将热量释放，在重力的作用下液体沿管壁回流到

蒸发段，反复循环运行。

１.太阳能热管集热器热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有导热性很高、等温性优良、热流密度可变性高、保温效果好等特性。蒸发段和冷凝段（图2）直径相同的热管，解决了真空管不走水，管子不结垢、不炸管的好处。真空热管集热器的真空管有很强的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-45℃的地区使用。可承压、耐空晒、不易爆管。热容量小，启动快。有多种规格可供选择，晴天可产55℃热水量：70～130kg/㎡。高吸收率：αs≥90%，低发射率：εh≤8％，日平均热效率

ηd≥50％。热管集热器具有以下优点：

图2 热管进出水示意图

热效率高、全年使用：先进的热管传热方式，优良的太阳选择性吸收涂层及高真空保温状态使集热系统的日平均热效率（即使在中国北方的冬季）达到50%以上。采用新技术、承压力强：TJ套管与水槽采用焊接连成一体，产品试验压力达11kg/cm²，解决了同类产品结垢效率下降及流量小、不稳定的缺点。安装、维修方便：集热器为单元结构，便于搬运安装。当系统中某根真空管需要维修时，可在不妨碍系统运行的情况下更换。抗冻、抗冰雹冲击：高性能的热管传热方式使系统在-30℃的气温条件下仍能正常运行，并具有抗直径25mm以下冰雹冲击的能力。适合工程安装：由于采用水箱与集热器的分体形状，使之与房屋配套更合适，尤其更适合大型工程的采用，亦是"绿色""节能"住宅小区配套的首选产品。产品性能：日照强度850W/ｃｍ²时，每平方米可产生1750～1800大卡热量，其热效率＞50%。

图3 热管集热器结构图

２.储热保温水箱医院24h用热水，设计利用太阳能集热器加热集热水箱，由集热水箱进行储热，为保证供水的有效容积，门急诊大楼设

1个12t太阳能集热水箱进行热水预热供应。太阳能加热后的热水进入医院已有的容积式换热器。门急诊大楼集热水箱有效容积为12m³，太阳能产生的热水从集热器联箱进入集热水箱，在温度控制下，太阳能循环加热集热水箱，以保证预热所需的供水温度。预热的热水进入容积式换热器中，如果水温达不到设定温度，蒸汽热水器可以快速把预热热水加热到生活用热水的设定温度，加速换热过程，相比原来的冷水加热，能耗大大降低，加热热水所需时间明显缩短。系统全天候满足大楼内生活热水预热。热水箱的位置设在屋顶设备间内，这样可以最大限度地降低太阳能循环水泵能耗。太阳能热水系统吸收太阳能转为热能需要一个转化过程，这个过程就是前面所述的太阳能循环，从8：00到16：00左右，这段时间内太阳幅射最强烈，太阳能循环需几个小时，因此太阳能集热水箱就是供应太阳能循环所需的循环水量并储存热水和保温作用。本项目设计采用的太阳能保温水箱内胆为304不锈钢非承压保温储水箱，配有进水口、出水口、溢流管、污水管及水位标尺等，采用聚氨酯发泡保温层（厚度不小于50㎜）。保温水箱具有以下特点：

（１）节能特性。箱体结构均采用不锈钢氩弧焊接，彻底保证箱体严密，保证露天放置时，雨水不能侵入保温层，确保水箱保温良好。顶部坡面结构具有良好排水性。顶部和底部采用承压发泡，一方面有效减小了底部的接触热阻，有效防止了水箱底部的热桥作用，另一方面也使水箱具有更良好的外观。对溢流孔采用专利的单向防对流装置，有效防止了水箱上部空气与外界空气的对流换热，极大地减少了热损失。