太阳能热水系统在医院综合楼中的应用（下）

（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

3 水加热器的设计计算

3.1 水加热器的形式与特点

集中热水供应系统中常用的有容积式加热器、快速式水加热器、半容积式水加热器和半极热式水加热器，其特点如表4所示。

本工程选用国内专门开发研制的HRV型高效半容积式水加热器，其特点是取消了内循环泵，被加热水进入快速换热器被迅速加热，然后先由下降管强制送至贮热水罐的底部、再向上升，以保持整个贮罐的热水同温。

3.2 集中热水供应系统的设计小时耗热量计算

      (5)

式中：Q_h——设计小时耗热量（kJ/h）；

Q_h,max——最大时用水量；

C——水的比热，C=4.187（kJ/kg·℃）

t_r——热水温度（℃），tr=60℃

t_l——冷水温度（℃），t_l=10℃

ρ_r——热水密度（kg/L），ρ_r=0.983kg/L；

T——每日使用时间（h）；

计算得，Q_h=9449925kJ/h=2625kW

3.3 半容积式水加热器选型

3.3.1总贮水容积计算

      (6)

式中：V_e——贮水容积（L）；

S——贮热时间（h），根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009版）的规定，半容积式加热器的贮热量应≥15minQ_h。计算取0.25h。

计算得，V_e=11285L。

3.3.2总传热面积计算

      (7)

式中：F——传热面积（m²）；

K——传热系数W/(m²·℃)，汽-水换热工况下，K=1150~1500，

取1300W/(m²·℃)；

——热媒与被加热水的平均温差（℃）；

 

——热媒初温（℃），蒸汽压力小于70kPa，t_mc=100℃；

——热媒终温（℃），t_mz=75℃

计算得，F=55.3 m²

本工程为低，中，高三个供水分区各设1组水加热器，每组2个，共6个加热器，计算得单罐容积为1880L，单罐传热面积为9.2 m²。

根据图集01S122-2中表4选择HRV-02-2.0（1.6/1.0），贮水容积为1.93m³，传热面积为12.2m²。该型水加热器如图2所示。

3.4 热水循环水泵计算

热水供水管网由于流程长，管网较大，为了保证热水循环效果，采用机械循环的方式，而循环水泵是实现机械循环的主要方式。

3.4.1 循环流量计算

循环流量是为了补偿配水管网在用水低峰时管道向周围散失的热量。保持循环流量在管网中循环流动，不断向管网补充热量，从而保证各配水点的水温。采用面积比温降法计算各个分区所需要的循环流量。计算结果如表5所示。

各个热给水分区设两台循环泵，一用一备，低、中、高区水泵流量分别为5m³/h、5m³/h、3m³/h。

3.4.2 循环泵扬程计算

H_b=h_p+h_x     (8)

式中：H_b——循环水泵扬程（m）；

h_p——循环水量通过配水管网的水头损失（m）；

h_x——循环水量通过回水管网的水头损失（m）

计算结果如表6所示。

3.5膨胀罐容积计算

由于该工程每个供水区域的日用热水量超过30 m³，应设置压力式膨胀罐以吸收水加热器及管道内水升温时的膨胀量，防止系统超压。

      (8)

式中：V_e——膨胀罐的总容积（m³）；

——加热前加热、贮热设备内水的密度（kg/ m³），按照回水温度40℃确定，=0.992 kg/ m³；

P₁——膨胀罐处管内水压力（MPa，绝对压力），为管内工作压力加0.1 MPa；

P₂——膨胀罐处管内最大允许压力（MPa，绝对压力），其数值取1.1P₁；

Vs——系统内热水总容积（m³），近似按水加热器的容积计算。 计算得，V_e=0.389 m³，可选用3台容积为400L的隔膜式压力膨胀水罐，分别为低、中、高区水加热器服务。

地下二层热水换热站的平面布置如图3所示。

3.5 板式换热器计算

本工程在制冷季，太阳能的补水将先经过板式换热器的预热，达到32℃后进入太阳能水箱。根据本文2.4中制冷季太阳能的产水量106m³/d的数据，计算换热器的热负荷Q=C·m·Δt=4.187×106000×(32-10)=9765000kJ。所需功率为P=2712.5kW。

4 太阳能热水系统原理图

太阳能系统原理图如图4所示。

5 结语

太阳能热水系统是构建绿色医院的重要组成部分，是医院正常运行不可或缺的一部分。太阳能热水系统的设计不仅需要严谨的计算选型，而且要因地制宜，并与建筑、结构、电气专业密切配合，这样才能实现系统功能的完整、自动化的运行，实现节约环保，达到绿色医疗建筑的要求。

参考文献

[1] GB 50015-2003 建筑给水排水设计规范(2009版)[S]. 北京：中国计划出版社，2010

[2] GB50364-2005 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2006

[3] 06K503 太阳能集热系统设计与安装[S]. 中国建筑标准设计研究院，2006

[4]01S122-1~10 水加热器选用及安装[S]. 中国建筑标准设计研究所，2001

[5]王增长. 建筑给水排水工程（第六版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2010

 

作者：于雷

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