太阳能光热一体化在联想园区B座综合办公楼中的应用.pdf

太阳能光热一体化在联想园区B座 综合办公楼 中的应用 曾令锐 李庆达 李蓉 李伟铭 王海丰 中建三局集团有限公司 北京1 0 0 0 9 7 摘要：开发利用太阳能，用太阳能部分取代常规能源，可降低建筑能耗。结合太阳能光热一体化在融科智地联想园区 B 座综合办公楼中的应用情况，阐述了公共建筑屋面设置太阳能热水系统的设计原理、计算方法、智能控制、施工要 点及其应用效益，为公共建筑合理高效地利用太阳能提供了经验。 关键词：绿色建筑 太阳能集热器热管真空管 光热一体化 中图分类号 ：T U 7 6 1 1 2 文献标志码 ：B D OI ：1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 5 1 2 0 3 7 S o l a r P h o t o - The r ma l I n t e g r a t i o n Ap p l i e d t o Co mp r e h e n s i v e Offi c e Bu i l di n g B i n Le n o v o Pa r k ZE NG L i n g r u i L I Qi n g d a L I R o n g L I W e i mi n g WANG Ha i f e n g C h i n a C o n s t r u c t io n T h i r d E n g i n e e r i n g B u r e a u Gr o u p C o ， L t d B e ij i n g 1 0 0 0 9 7 Ab s t r a c t ： De v e l o p i n g a n d u s i n g s o l a r e n e r g y i n s t e a d o f t r a d it ion a l e n e r g y c a n r e d u c e e n e r g y c o n s u mp t i o n o f t h e b u i ldin g Co mb i n e d wi t h t h e s o l a r p h o t o t h e r ma I i n t e g r a t i o n a p p l i e d t o t h e Co mp r e h e n s i v e Of f i c e Bu i ld i n g B i n Ra y c o m L e n o v o Pa r k ， t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e s i g n p r i n c i p l e ， t h e c a lc u la t i o n me t h o d ， t h e in t e l l i g e n t c o n t r o l ， t h e c o n s t r u c t io n p o i n t s a n d t h e a p p l i c a t io n e ff e c t o f t h e s o l a r wa t e r h e a t in g s y s t e m o n t h e p u b l i c b u i ld i n g r o o f ， wh i c h c a n p r o v i d e t h e e x p e r ie n c e o f u s i n g s o l a r e n e r g y e f f ic ie n t ly a n d r e a s o n a b l y f o r t h e p u b l i c b u i l d i n g Ke y wo r d s ： s o l a r t h e r ma l c o l l e c t o r h e a t p ip e v a c u u m t u b e gr e e n b u il d i n g p h o t o t h e r ma I i n t e g r a t io n 随着全球范围内的能源供应紧缺 ，以太阳能 、地热能 等为代表的可再生能源越来越受到人们 的关注 。太阳能光 热建筑一体化已经逐步开始在建筑工程 中实践应用 ，但其 主要实践对象是住宅建筑 ，对公共建筑关注较少 ，特别是 对数量大、能耗高的办公建筑而言 ，研究实践极少。而公 共建筑却有着综合利用太阳能的先天优势 ：屋面空间大 、 能源设备投入基数较大 、设备整体智能控制协调较容易 、 节能效果显著等。作为太阳能与建筑一体化的一种重要形 式 ，太阳能生活热水系统在公共建筑 中的推广应用对于推 动建筑节能减排等具有较大意义 之 。 1 工程概况 1 1 总体概 况 融科智地联 想 园区B 座综合 办公楼位 于北京市 海淀 区 ，是联想控股下联想园区的收官之作。本工程地下4 层 、 地上 l 8 层 ，建筑高度8 0 0 0 m，1 3 层层高5 0 0 m，4 1 7 层层 作者简介：曾令锐 ( 1 9 8 8 一 )，男，本科，助理工程师。 通信地址：北京市海淀区板井路6 9 号世纪金源商务中 心东区 1 0 楼 ( 1 0 0 0 9 7 ) 。 收 稿 日期 1 2 0 5 一 O 8 一 8 匝 圈 建 筑 袍 工- 第 3 7 卷 第 1 2 明 高4 1 0 m，1 8 层层高5 5 0 m，总建筑面积为9 6 9 8 3 m ，是集 餐饮 、影院、购物 、办公室 、会议室及各类机房于一体的 高端商务写字楼 ( 图1 ) 。 图1项 目效果图 1 2 太 阳能热水 系统工程概况 本工程太阳能热水系统提供9 l 8 层公共卫生间洗手盆 热水 ，每层设计8 个洗手盆 ，共计8 0 个 ，全年白天用水。集 热器及热水机房设在 1 8 层屋面 ，集热器采用平铺式安装 ， 每组集热器采光面积4 - 3 1 m ，由l 6 支1 O 0 m m 2 0 0 0 m i D _ 的热管 真空 管组 成 ，共 5 6 组 ，即集热 器采 光 总面积 为 2 4 1 3 6 m 。设计热水温度5 0 ，太 阳能保证率6 0 ，在太 鲎 全塑 圭 垩 墨 主堡 三 圭 堂 垫 二 壅 壁 望望 里 堡 鱼 竺 ! 皇 阳能热水系统不能保证 的时间 ，采用 电加热作为辅助热 源，日用水量2 5 m ( 图2)。 图2 主楼屋面太阳能热水系统 2 太阳能热水系统设计 2 1 设计 原理 太 阳能热水系统利用位于主楼屋面的太阳能集热器阵 列将真空集热管内的乙二醇加热 ，通过集热器循环泵 、换 热循环泵使得加热后的乙二醇 与太阳能水箱 中的水进行热 交换 ，将 乙二醇的热量传递给太 阳能水箱中的水。在热水 供水泵和热水循环泵的共同作用下 ，太阳能生活水箱中的 水即可实现各楼层生活热水的正常用水 ( 图3 ) 。 图3 屋面太 阳能生活热水系统原理示意 2 2 热管真空管太阳能集热器的采光面积计算 根据G B T 1 8 7 1 3 -2 0 0 2 太阳热水系统设计 、安装及 工程验收技术规范 ，系统太 阳集热器的采光面积可以按 如下公式计算 ： 一 9 c ( t e n O A ) f ， 、 Ac一 【1 J 式中：A 。 系统集热器采光面积 ，m ； Q w 日 均用水量，本工程取2 5 0 0 0 k g ； G 水的定压 比热容 ，一般取4 1 8 7 k J ( k g o C) ； 贮水箱 内水的设计温度 ，本工程取5 0 C； 水的初始温度 ，本工程取 1 0 ； T 一 当地集热器采光面上的年平均 日太阳能辐照 量 ，北京地区取 1 7 2 1 7 k J m。 ； 卜一 太 阳能保证率 ， 北京地区取6 0 ； 叼 基 于采光面积的集 热器年平均集 热效率 ，根 据厂家产品检测报告取6 8 ； 叼 系统损失 ，取1 0 。 经代 入数据计算A = 2 3 8 m 。 。根据厂家集热器型号 ， 选用C 4 S D 1 X 1 6 型水平热管集热器 ，每组集热器采光 面 积为4 3 1 m ，则共需集热器5 5 2 0 组 ，结合现场情况 ，安装 5 6 组集热器 ，分4 行1 4 列进行布置 ，实际集热器采光 面积 A ，= 2 4 1 3 6 m 。 3 太阳能热水系统智能控制 太阳能热水系统 的智能控制是其正常运行的关键。本 工程太 阳能热水系统采用智能化全 自动控制 ，在安装调试 投用后不需要人值守操作 ，就能够保证水箱 中存放的是达 到使用要求 的热水 提供所需水量和水温要求的热水 ；可 以手动 自动操作切换；具有水位 、水温显示及设置 ；自动 上水 、手动加热 、恒温控制 、防干烧 、防冻 、漏 电保护等 多重保护性能。采用温差循环控制 ，在集热器热水 出口处 设温度传感器 。 ，在水箱出水 口处设温度传感器 ，在热 水 回水管道设温度传感器 ，在太 阳能水箱内设置水位测 量仪 ，控制柜通过对温度和水量等数据的采集分析实现智 能控制。 1)温差循环 系统 ：温度传感 器将集 热器 出 口温度 。、水箱温度 传递给控制器。当 。 一 T 2 启动设定值时， 控制器发出控制信号 ，启动太阳能循环泵及水箱换热泵 ， 系统开始循环 ，不断地将集热器产生的热量通过板式换热 器置换到太 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 ， 与 之间温差越来越小 ，直至 。 一 设定温度时 ( 可设置为7 0 C)，微 电脑控制器停止循 环加热 ，使太 阳能系统不再实行温差循环集热。当水箱 中 水温5 5 c C 时 ，温差循环重新启动运行。 8 ) 报警 ：当水箱水位低于保护水位 ，停止循环泵 ，控 制柜报警 ；当水箱水温高于8 0 时，控制柜报警 。 4 太阳能热水系统施工 施工流程 ：集热器和管道等设备基础施工 ( 含埋件预 埋 ) 一屋面集热器安装一水箱及相应管路安装一水泵安装 一 管道系统压力试验一管道冲洗一管路保温一控制柜及电 气部分安装一 安装集热管一 系统调试一添加防冻液一系统 验收。 热管真空管太阳能集热器空晒时间过长会导致管内温 度升高，超出其正常使用范围，影响集热管使用寿命，故 需在系统管道安装完毕 、通水试验合格后才可进行热管真 空管插管的工序。安装过程 中按照集热器热管排列顺序安 插 ，并用喉箍固定热管 ，调整防尘帽，防止灰尘进入集热 器。已安装并验收合格的太 阳能热水系统在投入正常使用 前需将集热管进行遮盖。 5 太阳能热水系统应用效益分析 太 阳能 热水 系统在建筑一体化领域 中应用节 能效 果 非常明显 ，据文献分析 ，北京地区 1 5 X 1 0 1T I 住宅小区 ， 安装集热器 面积3 9 3 9 7 5 m ，日太阳能供应 生活热水 量 匝 皿 建 筑 祀 工 第 3 7 卷 第 1 2 期 2 7 0 t ，该太阳能热水系统全年节能可达9 9 0 X 1 0 。 M J( 相 当 于2 7 5 X 1 0 。 k W h 电量 )，在1 5 a n 9 寿命期内，其总节约 能量为1 4 91 0 MJ( 相当于4 1 31 0 k W h 电量 )。 从本工程太 阳能热水 系统 的应用情 况来 看 ，其经济 效益并不乐观，在太阳能热水系统正常使用周期 ( 1 5 a ) 内，总体成本将始终高于使用 电热水器系统。 根据 北京市太 阳能热水系统项 目补助资金管理暂行 办法 对于符合条件的两限房、普通商品房 、公共建筑及 工业企业安装使用太 阳能热水系统 ，按实际安装集热器 面 积给予2 0 0 元 m 的市政府 固定资产投资资金补助。本工程 太 阳能热水系统可 申请政府补贴金额为4 8 3 万元人 民币 ， 对于降低太阳能热水系统的使用成本有一定的帮助 。 6 结语 屋 面是 城市建筑 中太 阳能有效利用 的最佳 场所 ，屋 面太 阳能生活热水系统不仅可提供人们 日常生活所需 的热 水 ，同时也可减少太阳光对屋面的直射 ，为室内提供更加 良好 的环境 ，相对 于使用化石燃 料 ，利用太阳能绿色环 保 、节能减排效果显著。与此 同时 ，太阳能热水系统受天 气影响较大 ，并无可观的经济效益 ，虽政府 目前已有针对 性的补贴政策出台，但补贴力度还需进一步加大。本文介 绍的太 阳能光热建筑一体化可作为公共建筑应用屋面太阳 能热水系统的参考 ，从而更好地促进建筑节能的发展。 参考文献 【 1 】 王 建华 ， 吴 季 平， 徐 伟 太 阳能 应 用 研 究进 展【 J 水 电能 源科 学 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 5 5 -1 5 8 【 2 刘宇 山东省太阳能热水系统与住宅一体化设计应用研究 D 济南： 山东建筑大学， 2 0 1 3 3 1王毅 太阳能热水系统在住宅中的应用 J 住 宅产 业， 2 0 1 1 ( 1 1 ) ： 5 5 - 57 4 李容 ， 张莹 太阳能热 水系统在住宅设计 中的应用分析 J 山西 建筑 ， 2 0 1 2 ( 2 3 ) ： 1 4 1 1 4 2 5 】刘铭 L,e t 建筑太阳能热利用系统节能效益分析 D 】 北京： 清华大 学 2 0 1 2 6 顾亮杰 太阳能热水系统在住宅建筑中应用的经济效果评价及政策 建议 D 西安： 西安建筑科技大学 ，2 0 1 4 7 安文韬， 刘彦丰 太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究 J 】 l 应用能 源技术， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ：3 3 3 5 8 】李冰， 李凯， 扈峥 太 阳能光热建筑 一体化 的应用现状及展望 J Ig 1 ) f l 建筑， 2 0 1 2 ( 4 ) ：3 4 3 6 9 】刘林军 太阳能光热系统与建筑一体化应用研究【 J l 廊坊师范学院 学报 ： 自然科学版， 2 01 1 ( 1 ) ：7 3 7 4 D o 张振彦， 邰惠鑫， 陈鑫如 太阳能光热技术与建筑一体化设计探讨 J 浙江 工业大学学报 2 0 0 6 ( 4 ) ：4 4 4 4 4 7