游泳池太阳能热水工程系统解决方案

　　游泳池太阳能热水工程系统解决方案设计说明

　　浩通公司是国内较早将太阳能集热器与建筑结构安装融合一体的太阳能企业之一。在多种建筑类型与太阳能匹配中，有自已的多项技术特长。这里公司以典型客户“常州高级中学游泳池太阳能热水工程”为大家做一个全面的：游泳池太阳能热水工程系统解决方案讲解。

　　

　　2008年国家投巨资为常州高级中学(中国共产党早期领导人瞿秋白、张太雷母校)施建现代化文体中心，该建筑底层为游泳池。按节能设计要求，其游泳池热能损失利用太阳能热源补充。为了让集热器与建筑融为一体，业主、设计方经多次比较，最后确定选用国内集热效能较高的黑铬平板集热板。(全铜黑铬集热板产品吸收比为93%～95%，发射比为9～10%，春、秋季产水量45℃～60℃热水80L-120L/(㎡•d))。

常州高级中学游泳池太阳能热水工程设计图

　　经政府招标，浩通公司在众多太阳能企业投标竞争中成为常州高级中学游泳池太阳能热水工程中标方。

　　针对游泳池太阳能设计方案所需热水能量及采用平板黑铬集热器效能，其集热工程设计按以下要求：

　　游泳池容积：25000×20000×1500=750M3。燃气锅炉在初次加热后，保持水温28℃，当由于散热等原因水温从28℃降低了2℃时，太阳能储热水箱热水与游泳池换热循环泵自动打开，通过板式换热器向游泳池补充热量;当游泳池温度超过28℃时，循环泵停止运行。

　　游泳池750M3，水温28℃，以每日降温2℃计算， 耗热量：Q=750×1000×2=150×104kcal

　　按太阳能提供60℃热水，△T60-28=32℃。需太阳能提供60℃热水1500000/32/1000=47M3：游泳池配置60℃热水箱50M3。

　　按给排水设计规范上有关规定的计算游泳池散热量公式，应计算补充水耗热量(日补充新水3—5%)、水面蒸发热损失(占热损失较大比重)、池底和池壁散热等。泳池散热损失如按规范中的公式，计算出来的是峰值散热量，用来作为确定供热设备功率的依据。如果用来确定太阳能面积，可进行概算，28℃室内泳池可按350W/m2日运行按8—10小时计算。

　　本项目游泳池容积750M3，日补水3%，补水量为22.5M3，冷水温度按15℃，日补水：Q1=22.5×1000×(28-13)=29.25×104kcal。

　　泳池表面积500平米，泳池散热损失按350W/m2概算，日运行时间可按8小时计算。则每日散热损失为：

　　Q2=500×350×8=1400kWh=121.24×104kcal。 泳池总热损失

　　Q=Q1+Q2=150.5×104kcal。(与按每日降温2℃计算结果差不多)

　　健身房淋浴：淋浴头44只，每只淋浴头每次供热水60L，每只/天10/人次，按全天60%利用率考虑。

　　耗热量：Q=44×60×10×(45-15)×0.6=475200kcal

　　健身房水箱：淋浴40℃热水44×0.06×10×0.6=16T，健身房配置45℃热水箱16M3。 本太阳热水系统日耗热量：

　　1500000+475200=19754200÷860=2296(KWh) 本太阳热水系统负荷按8h输出，则小时热负荷为

　　2296÷8=287KW

　　按当地春秋分太阳能辐射能量每㎡集热板能量输出功率0.307kw (17MJ/㎡×52%÷4.186=2.11÷8=0.264×1.163=0.307KW) 集热面积：287÷0.307=940㎡

　　太阳能热源补充用量以春秋为基数设计太阳能集热面积，配合燃气锅炉，既可在游泳池初次加热降温后发挥作用，又可在冬季阳光不足时加热补充使用。

　　工程采用温差强制循环：即太阳能热水系统采用温差循环方式运行。温度传感器将集热器出口T1、太阳能储热水箱T2传递给电脑控制器。当T1-T2>温差循环启动值时，控制器发出控制信号，启动太阳能循环泵，系统开始循环，不断地将集热器产生的热水置换到太阳能水箱，这是一个反复循环的过程，随着水箱内热水温度不断提高，T1与T2之间温差越来越小，直至T1-T2<温差循环停止值时，电脑控制器发出控制信号，关闭太阳能循环水泵。

　　系统补水：游泳池、健身房淋浴为全天用水，因此太阳能水箱热水系统采用电磁阀补水，只要太阳能储热水箱中的水位在设定下降位置，自来水就会自动补进来，满水自动关闭。(电脑控制器具有水位显示面板)集热水箱水位共分四档，当水箱水位低于三时，系统自动启动上水电池阀，凉水进入集热水箱，当水箱水位达到满水位四档时，系统上水电磁阀自动锁闭，确保游泳池用水能够足量供应。同时设水位溢流报警，如该功能供水电磁阀发生误差或失控，其报警功能发出信号，该系统即锁定上水电磁阀。

　　泳池恒温换热循环：泳池热源补充为杜绝水质污染采用间接供热，配置一套热交换器，太阳能贮热水箱内热水由供热水泵向泳池热交换器供应，热交换器收集能量即供应给泳池，补充泳池热能损失，当游泳池水温低于设定温度(28℃-2℃)，并且水箱水温高于设定温度时，智能控制仪自动控制板换循环水泵启动，使游泳池较低温度的水与储水箱较高温度的水进行换热，当游泳池水温度达到设定温度时，板换循环水泵自动停止。如此不断，使游泳池水温保持在28℃±2℃;如热水箱水温超过用热点水温不足3℃时，通过泳池循环管线温度信号传示，即启动燃气锅炉补充能源，确保满足游泳池热水需求。

常州高级中学游泳池太阳能热水工程现场安装图

　　因常州高级中学游泳池太阳能热水工程的具体使用要求，我们特别将以下几个事项作为工程安装中解决重点：

　　一、游泳池太阳能热水工程集热板和管线抗冻处理

　　作为平板集热器，它具有以下优点：集热效率高、使用寿命长、承压能力好、耐候性好、水质清洁、平整美观。它产水量大，故障率低，平板集热器在使用过程中几乎没有故障可言。全铜板芯、铝合金边框钢化玻璃，其使用寿命均可达25年以上。集热器整体性好，极易与建筑融为一体，并能起到屋顶防热保温的良好作用。

　　但平板型太阳集热器是由铜铝复合或全铜等金属材料制造。冬季使用时就能出现集热器内的水结冰而至使集热板、管线涨裂被冻坏。在国内使用近30年的历史中，前些年因防冻处理不好，平板集热器只能作为春夏秋的季节产品，特别冬季，作为北方，就要将集热器及水箱中水全部排除，否则即发生集热板、管线冻坏现象。而国外的太阳能市场，平板集热器占有份额为80%～90%，其抗冻方式均使用防冻液作介质，采用二次换热处理解决防冻。但同时也因采用了二次换热相应降低了能量效果。

　　我们在该太阳能集热工程中，采用落水排空式解决系统抗冻。即当日照理想的时候，电脑控制器发出启动信号，太阳能循环泵启动，将太阳能集热器收集到的热水输送到水箱，加热水箱中的水;而当日照不理想或夜间的时候，电脑控制器发出关闭控制信号，太阳能循环泵停止运行。当循环系统工作一程序后，集热器和循环管路因设定相应坡度系数，集热器和循环管路中的水因为重力关系自动排空，流回热水箱，防止集热器和管路在冬季因存水而冻结。此排空系统具有运行简单、可靠的特点，全天候平板过冬热水系统采用排空法进行防冻的方法，在大量的工程实践应用中得到证明，是非常成功和行之有效的。

　　二、游泳池太阳能热水工程防过热处理

　　在进行系统设计时，需充分考虑到夏季产热量大于需求量的情况。当晴天太阳能集热器吸收的太阳能辐射能量通过温差循环储热，水温会不断的上升，导致储水箱内水温升高。如超过温度设计需求，使集热器处于高温状态下运行，即造成集热器和热水系统的一些部件的损坏。此外，高温水易形成水垢，对整个系统的运行也会造成不利的影响。所以我们将控制系统设计了上限控制点，即当温度达到水箱过热保护温度时，太阳能循环泵停止工作，不再与集热器进行热交换，使集热器温度不再升高，系统进入平衡状态。同时增设水箱防过热报警保护系统程序双控。系统的防过热功能，同时解决了集热板结垢问题。由于系统中的水完全在60℃以下低温中快速循环，所以就几乎没有水垢产生的条件。它充分确保了平板集热器的寿命，同时，因我们选用的是平板集热器，采用排空方式，就是高温情况下强制上水对集热板也没有影响。不会像真空玻璃管那样为防止炸管对上水有特定要求。这也是选平板太阳能系统的重要依据。

　　三、游泳池太阳能热水工程集热板保温层防过热萎缩

　　当夏季阳光辐射量过高，集热板因防过热循环泵停止工作时，其底部聚胺脂保温层，也因温度太高即形成萎缩现象。虽然平板集热器不能像玻璃管那样因空晒后循环加水造成炸管，但因集热板空晒形成高温传导，温度超过160℃，致使为防过热而整体发泡的聚氨酯材料萎缩现象发生，其保温效果就大为降低。为解决这一现象，我们在集热板下部与保温层之间放一薄层耐热耐萎缩玻璃棉，致使集热板与聚氨酯形成隔离状态，使其在较低工作温度下保温层保持密封状态达到降低热损。

　　四、游泳池太阳能热水工程不锈钢管道与集热板铜件防电化学腐蚀处理

　　该项目太阳能工程的质量要求较高，在给水系统管线中，确定给水、热水管线、阀门管件均采用不锈钢管及管件，而集热器板材的管件采用的是铜材;当两种金属或合金相接触时，极易造成异种金属接触处的局部电偶腐蚀，亦称双金属腐蚀。为了解决以上两种不同金属腐蚀现象，减少异种金属接触;设计易更换部件的结构，我们采用绝缘材料间隔接触面组件，将双方材料合理匹配组合一起，达到质量要求。

　　五、游泳池太阳能热水工程集热板壳体要求

　　对集热板的玻璃盖板，它有高全光透射比、耐冲击力强度、良好的耐侯性能，绝热性能优良要求。我们选用了透过率超过90﹪低铁钢化玻璃。

　　对集热板的保温层要求是保温性能好，即材料的热导率小，要求不大于0.055W/(m.℃)，不易变形或挥发，不产生毒气体、不吸水。为此，我们采用了集热板底层整体聚胺脂发泡。

　　对外壳要求是应该有一定的钢度和强度，并便于安装。我们定型制作了防热损无玻璃橡胶压条专用铝型材，无边角切割整体组合制作。

　　六、游泳池太阳能热水工程系统安全

　　防风雪措施：集热器支架整体焊接，室外支架(含太阳能集热器支架和管路支架等)均采用40×40国标热镀锌角钢。整体支架与楼面拉纤固定，保证集热器的稳定性，达到国家的设备抗风规定。

　　防雷措施：太阳能系统设备并非处于楼面最高位，按现有情况将集热器支架与楼面避雷网连接便可，保证设备安全运行。

　　漏电保护措施：对于本太阳能热水系统用电的设备，我们采用漏电保护开关和重接地保护，确保用电安全。

　　七、游泳池太阳能热水工程集热板及系统排气、吸气处理

　　工程中我们将集热系统采用温差强制循环，实施排空法(落水式)运转方式。这样每次集热程序后集热器和循环管路中的水因为重力关系排空流回热水箱解决抗冻问题。但系统工作时，水进入系统，因存有空气，如不排除，即行成气塞现象;而当水回流时，其集热器及系统中即形成真空，造成一个空腔，这样，水就不易排出，还极易损坏系统;为了防止以上情况发生，我们将集热器及管路按运行位置实行流量平衡，将系统分成多个独立单元，每个单元的最高位置配以排气、吸气系统，以保证系统循环、排空和回流需要，达到系统正常运行。

　　八、游泳池太阳能热水工程增设集热器高空施工位置

　　该工程设计集热器面积因楼面空间位置不足，为达整体最佳集热及排空功能，工程施工开始我们即与业主、设计院确认，将楼面东侧条梁楼层采用钢架平铺焊制，其集热器重量分载于下侧砼楼面，集热板与整体系统成一水平位置，每排集热器后侧安装钢板通道，便于集热板及管路施工安装及日后维修。其钢梁支架均按金属结构标准施工验收。 该工程竣工后经调试运转及与泳池设备同步运行，均达到原设计各项设定功能和使用效果。

　　公司在常规建筑类型中，针对不同的建筑与太阳能一体化匹配，均采用不同的方式量体设计，如：

　　1、常州中意宝第小区，我们为高层建筑配备了2400套阳台平板壁挂式太阳能热水器，通过介质二次换热功能达到使用需求，经两年使用(特别经过2个冬季运转)达到了良好效果，用户感到舒适满意;

　　2、在镇江纪委一处建筑群中，我们将集热板镶嵌于屋面中，形成与建筑物一体，将水箱放置于室内水箱间，热水增压使用，达到良好使用效果;

　　3、在常州九洲环宇(110米高层太阳能循环系统中)、普罗斯等多个太阳能建筑项目中，我们都将太阳能与建筑达到最佳匹配。

　　均根据各种不同类型不同结构量形设计，定型配备施工，实现太阳能热水器与建筑物完美结合，让太阳能与建筑物两者更加协调和统一。

　　经过多年的努力，浩通全天侯太阳热水系统与建筑结构安装融合一体化项目已形成了全面扩展的形势。我们已相继完成了不同产品、不同规模、不同运行方式(不同辅助能源配合的数百个工程，吸取了众多教训的同时，也积累了丰富的经验，使浩通全天侯太阳能热水系统工程技术基本能满足多种不同条件和要求下的用户需要，达到了较为理想的效果。

　　从太阳能产品和系统设计上看，太阳能和常规生产供热系统是可以有机结合起来，从而达到节能环保、运行可靠的目的;从预期经济、环保效益看，在达到很好的节能、减排目标的同时，还带来了可观的经济效益;从项目风险看，成熟的太阳能光热技术，加上采用先进的集热器和控制系统，项目风险极低;从社会影响和示范效果看，太阳能应用于工业、生活热水，摆脱了太阳能应用于建筑节能的束缚，拓展了太阳能应用领域，将为太阳能更广泛地应用于工业、农业等生产领域做出良好的示范效果。

　　我们充分认识到太阳能热水系统与建筑结合及应用已进行多年，并取得一定成效，但要在全国大规模推广应用取得规模效益，绝非哪一家太阳能企业能够独立完成，需要设计部门和用户的共同参与，并得到建筑规划和设计施工部门的支持，通过一定数量的示范工程，总结经验，逐渐形成相关规范和标准，这样，太阳能产业才能真正将太阳能与建筑结合的水平提到一个新的高度。

　　游泳池太阳能热水工程系统解决方案设计图

编辑：浩通节能

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