建筑给水排水设计标准 [附条文说明] GB50015-2019 建标库

6.6 太阳能、热泵热水供应系统

6.6.1 本条编制的总原则为:太阳能热水系统应适用,规模宜小。
    旅馆、医院等公建因使用要求较高,且管理水平较好宜采用集中集热、集中供热太阳能热水系统。而普通住宅因存在管理困难,收费矛盾等众多难题宜采用集中集热、分散供热太阳能热水系统或分散集热、分散供热太阳能热水系统。
    根据奥运村、亚运城等国内大、中型集中太阳能热水系统的设计、运行经验,采用闭式太阳能集热系统、系统承压高温运行是引起系统爆管、集热失效、气堵低效、运行能耗大、故障多的原因。
    5 本款新增了“开式太阳能热水系统宜采用集热、贮热、换热一体间接预热承压冷水供应热水的组合系统”的规定。这是国内有关科研设计企业经过多年的科研、设计、研发的一种新系统,其核心部件是集热、贮热、换热一体的贮筒式组合集热器,这种新型集热系统因不需采用机械循环而使系统大大简化,较好地解决了上述现有太阳能集热系统存在的问题。其系统图示如图9、图10所示,图9为不设循环系统的图式,图10为设干管和立管循环的图式。


图9 不设循环系统的集中集热分散供热太阳能热水系统示意图
1-集热、贮热、换热组合集热器;2-冷水管;3-恒温混合阀;
4-灭菌消毒装置;5-水表;6-带温控的热水器


图10 带干管和立管循环的集中集热分散供热太阳能热水系统示意图
1-集热、贮热、换热组合集热器;2-冷水管;3-恒温混合阀;
4-灭菌消毒装置;5-水表;6-带温控的热水器;7-循环水泵

    6 本款规定了集中集热、分散供热太阳能热水系统,在满足条款规定的条件下,供热水管道部分可不设循环管道。理由是用户终端均设有带温控的热水器辅热供水,用水时先由热水器加热供水,由于太阳能热水箱(图9中组合集热器)至辅热设施连管短,随着供热水管中的冷水放尽后,太阳能热水立即补水。这样不浪费水,又节能,且系统大大简化,有利于解决目前住宅集中太阳能热水系统的设计、施工和使用存在的问题。当不满足以上条件时,宜按图10设干管和立管循环系统。

6.6.3 太阳能是一种低密度、不稳定、不可控的热源,其热水系统不能按常规热源热水系统设计。因此,太阳能热水系统尤其是集中太阳能热水系统的集热器总面积计算等参数的合理选择是整个系统是否节能、经济,是否能正常运行的重要因素。
    平均日耗热量Qmd的计算公式中引入了常规热源热水系统不同或没有的参数,平均日热水用水定额qmr、同日使用率b1是反映实际用热水量的参数,因为在常规热源热水系统的设计计算时,往往是按满负荷即按设计用水人数计算,如住宅100户,每户3.5人,则设计用水人数为350人。而住宅实际入住率按相关统计资料得知b1≈0.7,实际用水人数只有245人,这样仅此一项,集热器总面积的计算就相差约30%。同理,冷水温度选用年平均值也是为了合理选用集热器总面积。尤其是以地表水为源水的冷水年平均温度与表6.2.5所列冷水计算温度相差较大,如南京市二者相差约15℃,相应计算所得的集热器总面积相差约26%。按上两例计算的集热器总面积即可少选约60%。
    年平均冷水温度可向当地自来水公司查询,也可按相关设计手册中提供的水温月平均最高值和最低值的平均值计算,如当地无此参数时,可参照临近城市的参数取值。
    太阳能保证率f取值表源于《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》。设计时可按表6.6.3-2及注选值。
    集热器总面积补偿系数bj是考虑集热器布置偏离正南方向和安装角度偏离太阳光直射角度较大,即集热器得到的实际太阳光热能小于太阳能辐照量较大时,应增加集热器总面积。其具体计算参见现行国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB 50364或《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》。
    集热器总面积的平均集热效率ηj,分散集热、分散供热系统因集热器只有单组或几组组成,连接简单,引起集热系统短路循环、气堵等运行故障概率少,因此其ηj可按单组集热器经正规实测并经计算确定,也可按条文的经验数据取值。集中集热系统因集热器多组串、并联布置,连接管路复杂,尤其是采用真空管集热器的闭式承压系统,存在短路循环、气堵、集热效率衰退等多种运行不利因素,因此ηj是很难用计算得出,只有通过参照已有的集中集热系统的实测数据选取。
    条文中给出经验值30%~45%,源于北京奥运村、广州亚运城的集中集热、集中供热太阳能热水系统,其实测平均值分别为:ηj=0.40~0.48,ηj=0.32~0.36。
    此外,式中Jt取年平均日太阳能辐照量,设计宜按当地7月(最热月)的月平均日太阳能辐照量、地表水冷水温度复核太阳能集热系统的热量,以防系统过热。

6.6.5 本条是集热系统附属设施的设计规定。
    6 本款选用板式快速水加热器配集热水罐或导流型容积式水加热器、半容积式水加热器集热时可利用系统冷水压力,不需另加热水增压供水泵,且有利于系统冷热水压力平衡。但当系统较大时,设备占地大,一次投资大,宜采用板式快速水加热器配集热水箱集热。因此,提出以Aj≈500m2为界分别选取。
    9 本款对集热系统选用管材,按开式系统、闭式系统分别作了规定。因开式系统不承压、集热温度小于或等于100℃。闭式系统根据工程实测,最高集热温度约为200℃,因此对其管材及附件等分别提出了耐温要求。

6.6.7 本条是热泵机组供热的规定。
    1 本款计算水源热泵的设计小时供热量的式(6.6.7-1)中T5取8h~16h,设计时,可根据系统是否设置辅助热源来取值。不设辅助热源时,T5宜取8h~12h;设辅助热源的空气源热泵系统T5宜取16h,这样既可使无辅助热源系统通过延长热泵工作时间保证高峰日用水,又可使设辅助热源系统选择热泵机组经济合理。
    3 本款系根据现有采用水源热泵制备生活热水的工程常用系统形式作出的规定,由于热泵制热的冷凝器的换热管束管径很小,如用直接加热供水系统,易受热水水质影响结垢腐蚀热泵效率衰减,使用寿命缩短,因此宜采用间接换热供水系统。另外,热泵热媒水温度一般小于或等于60℃,经一次换热很难交换出大于或等于50℃的热水,工程中一般采用板式水加热器配贮热水箱(罐)循环换热,获得大于或等于50℃的热水。
    最冷月平均气温小于0℃的地区,空气源热泵冬季运行COP值一般低于1.5,达不到商用空气源热泵COP≥1.8的要求,使用不经济、不合理,故此类地区不推荐采用空气源热泵系统。