太阳能热水系统在医院中的应用实例

张恩博

1 工程概况

临汾市新医院包括门急诊楼、医技楼、住院楼、后勤保障生活楼、行政科研楼、感染疾病楼及相应配套的附属建筑等。该医院位于临汾市规划四街以东，滨河西路以西，规划八路以南，规划九路以北，总占地面积为24 hm2。该医院主要建筑由门急诊楼、医技楼、住院楼连为一体。住院楼为主体，医技楼、门急诊楼为裙体。主体建筑地下1层，地上10层，裙体建筑地下1层，地上3层。建筑面积15万m2，其他建筑及附属建筑面积2万m2，共计建筑面积17万m2，主体建筑总高度45．50 m，1 500床位。

住院楼屋面和医技楼屋面布置有太阳能集热器系统及储热水箱间。该医院门急诊楼、医技楼、住院楼内均设有集中生活热水供应系统，主要供给门急诊楼、医技楼、住院楼内洗浴设施、手术部刷手、中心供应等处使用热水。

2 太阳能作为热源的确定

临汾市新医院集中生活热水供应系统主要服务于门急诊楼、医技楼、住院楼。热媒采用太阳能作为医院生活热水供应系统的主要热源，在医技楼屋面和住院楼屋面设集中式太阳能间接预热系统，提供所需要的生活热水。考虑到临汾地区拥有丰富的太阳能辐射资源，保证率在55%以上。医院只要花费初次购买太阳能加热装置的费用，就可以长期享受到充足的热水供应。面对我国建筑业迅猛发展的形势，日益紧张的常规能源供应和伴随常规能源消耗对大气环境的不断恶化，为了使我国可持续发展国策得到顺利推进，以技术经济可行为先决条件，推广太阳能加热装置非常必要。作为医院，由于大部分使用者为病人，对于生活热水的使用要求比健康人群更高。为了确保生活热水水温和水量，蒸汽作为辅助热源，主要考虑阴雨天和冬季最冷时安全供水的需要。该医院设有蒸汽锅炉用于供给洗衣房、中心供应等处平时用汽及生活热水供应最不利时使用。

3 太阳能集热器系统的设计

住院楼屋面设置的太阳能集热器系统，供给住院楼内洗浴设施生活热水。医技楼屋面设置的太阳能集热器系统，供给门急诊楼和医技楼内洗手及手术部刷手所需生活热水。住院楼屋面太阳能集热器系统设置，一般根据住院楼热水系统的日平均用水量和热水用水温度进行设计。但在实际工程中由于屋面的面积有限，可利用面积不可能布置下所需的太阳能集热器。在这种情况下，就需要根据可利用面积来反算太阳能系统可提供的热水温度和水量。按照住院楼屋面的可利用面积，通过调研咨询专业厂家，可以布置太阳能集热器150组，每日能提供45℃ ～55℃热水量100 m3。

住院楼1 500床位，每床每日可提供70 L生活热水。按照医技楼屋面的可利用面积(门急诊楼屋面无可利用面积)，可以布置太阳能集热器60组，每日能提供45℃ ～55℃热水量40 m3。可基本满足门急诊楼、医技楼所需热水用量。

4 太阳能换热系统设计

1)储热水箱容积的确定。住院楼屋面太阳能集热器布置分为四个系统进行集热、储热、换热。按照太阳能集热器四个系统具体布置，在不同位置分散设置了四座储热水箱，每座储热水箱容积为25 m3。水箱是储热的主要设备，同时可以起到稳定水温的作用，以利于换热的平稳进行。水箱容积过大，将延长把水箱水温加热到使用要求时的时间，不利于热量的及时转化利用;水箱容积过小，循环泵的启动会过于频繁，而且可能在太阳辐射热量最高的季节出现水温加热到沸腾的情况。结合住院楼内热水系统分区的水量，每区分别由两座储热水箱供水。医技楼屋面按照太阳能集热器布置，设置了两座储热水箱，容积各为20 m3，分别储存门急诊楼和医技楼热水用量。为保证储热效果，屋面储热水箱均设于水箱房间内。

2)屋面太阳能换热系统流程。生活冷水由各区冷水系统变频泵经位于住院楼和医技楼屋面集中式太阳能集热器系统及各储热水箱，通过一次循环泵和板式换热器及二次循环泵将热水加热后储存于热水箱内。储热水箱出水经位于地下1层各换热机房内汽—水半容积式热交换器，供给各热水系统。为保证太阳能集热器性能的稳定性，避免水垢沉积在集热管内，降低集热性能，需采用间接换热方式(见图1)。

图1 医院二级处理工艺流程

3)太阳能换热系统温度控制。太阳能换热系统的供热能力按照生活冷水由10℃加热到55℃ ～60℃设计，当储热水箱的水温达到60℃时，储热水箱与板式换热器之间的循环泵自动停止循环，太阳能集热器系统停止供热，储热水箱的水温低于60℃时自动重新启动循环泵。当连续阴雨天和冬季最冷、太阳能换热系统不能正常工作时，可由位于各区换热机房内的汽—水半容积式热交换器通过辅助蒸汽热媒直接加热至60℃供给各区热水系统。容积式换热器出水温度，可由换热器本身温度显示装置控制蒸汽热媒阀门的启闭，达到控温节能的目的。

5 热水系统设计

1)楼内热水系统分区。热水系统分区与生活冷水系统相同，住院楼热水系统分为低区和高区，低区供给地下1层～地上4层，高区供给地上5层～10层。门急诊楼和医技楼各为一供水系统(地下1层～地上3层)。系统管路按同程设计，采用全日制机械循环供水系统，各区循环泵由各区回水管路上的电接点温度计控制启停，一用一备。

2)容积式热交换器机房布置。在楼内地下1层，设有四座换热机房，分别供给各区热水系统。住院楼内地下1层设有两座换热器机房，供给高区和低区热水系统。每座机房内设置高区和低区汽—水半容积式热交换器各两台，互为备用。门急诊楼和医技楼地下1层各设一机房，内设汽—水半容积式热交换器两台，互为备用，供给门急诊楼和医技楼热水系统(半容积式热交换器容积不小于15 min最大小时热水量)。

屋面各储热水箱在晴好天气时，达到使用水温要求后，直接通过容积式换热器供给热水系统。当水温不能满足要求时，容积式换热器开启蒸汽管入口处的温控阀进行二次加热。为了安全起见，整个容积式换热系统是按冬季最不利天气情况(即太阳能系统停用时)进行设计的。

6 结语

在医院集中热水系统供应中，采用太阳能作为热源制备热水，可为一次投资，长期使用，此绿色能源无污染、无噪声、无公害、卫生可靠，节能效益明显，晴好天气每天节约能量约7 000 kW。但由于集热器及管路都置于室外，北方地区冬季环境温度较低，集热器、管路有可能结冰冻胀造成设备损害，影响整个热水系统的正常运行。如用防冻剂作为循环介质，具有不结冻，不结垢等特点，但是使用成本较高。本工程采用循环防冻的保护方式，即在集热器较冷端设置一个温度传感器，启动循环水泵，使水箱和集热器中的水循环运行，或在冬季最冷时关闭太阳能系统，泄除系统循环水以保安全。

［1］ 王伟国，应金锁．浅析太阳能一体化［J］．山西建筑，2010，36(23):262-263．