1 工程概況
本項目為主動式太陽能采暖系統——液體工質集熱器短期蓄熱采暖系統，主要項目地點位于西藏雙湖特別區，主要為普魯崗日賓館提供冬季采暖和洗浴熱水。
根據氣象資料，當地的海拔約為4,950m，年平均日太陽輻射量為21MJ/㎡•d左右，晴天占95%以上，冬季室外平均氣溫約為－25℃左右。
該賓館是一棟兩層樓的建筑物，總建筑面積約為2,000㎡，需要采暖的建筑面積為1,350㎡，其中客房600 ㎡，廚房及餐廳230㎡，會議室115㎡，浴室、洗衣房65㎡，門廳及庫房等約340㎡。
此賓館的圍護結構較好、保暖性能良好；賓館屋面為平頂，主體朝向為正南方向，采光條件良好，適宜于安裝太陽能集熱器，賓館屋頂可利用的面積約為750㎡左右（另有東、西兩邊標高不同的面積約100㎡）；原建筑有單獨的水箱間，面積約為60㎡，可以放置太陽能儲熱水箱及其他設備。
本項目概況及主要技術參數歸納如下：
2系統設計
2.1 設計原則
本系統考慮到采暖的季節性，因而確定的設計原則是：在采暖期，太陽能供熱采暖系統主要用于為賓館房間的采暖，也可兼用于淋浴；在非采暖期，太陽能供熱采暖系統用于為賓館提供淋浴用熱水及供應大量的生產和生活用熱水，讓太陽能系統在非采暖期也能作出其應有的貢獻，做到全年綜合利用，從而使整個系統產生更大的經濟效益。
2.2 設計參數
根據甲方提出的要求，按保證賓館總采暖面積（1,350㎡）的2/3來設計太陽能采暖需求（跟賓館的入住率有關），故實際需要的采暖面積約為900㎡。
年平均日太陽輻照量：21MJ/㎡•d（天氣晴好時的西藏雙湖地區）；
冬季室外平均氣溫：－25℃左右；
要求的室內溫度：16℃～18℃；
采暖系統供水溫度：65℃～80℃；
采暖系統回水溫度：65℃～50℃；
采暖系統設計溫差：15℃左右。
2.3 系統組成及運行原理
圖1給出了普魯崗日賓館太陽能供熱采暖系統的流程示意圖。該系統由太陽能集熱器、儲熱水箱、淋浴水箱、冷水水箱、集熱循環泵、采暖循環泵、散熱器、控制柜、管路等組成。
圖1 西藏普魯崗日太陽能供熱采暖系統流程示意圖
太陽能循環系統采用開式-溫差強制循環系統。當太陽能集熱器最高點溫度與采暖水箱水溫的差值高于設定溫度△T1，即T1－T2≥△T1（5-10℃），啟動太陽能集熱循環泵；當T1－T2≤△T2（1-4℃）時，停止太陽能集熱循環泵，即溫差強制循環。
采暖循環系統既可自動啟動，也可人工控制。當需要采暖時，開啟采暖循環泵，將儲熱水箱的熱量通過管路和散熱器送到房間中，以提高房間溫度，達到提高和保證室溫的目的。
采暖系統的控制是利用在分水器、集水器上安裝的控制閥分四個系統控制，選用電磁閥電動啟動，按需要分系統進行供給，并依靠開啟分水器上的閥門來分配供暖區間。
本系統在設計時充分考慮了系統的防凍措施，除了對整個系統設備和管路進行嚴格的保溫外，還對整個系統進行低溫防凍控制。在系統設計時，加裝了防凍自動循環系統：當環境溫度低于5℃時，自動啟動防凍循環系統，防止設備和管路不被凍結，以保證太陽能供熱采暖系統的正常運行。
2.4 系統設計計算
2.4.1 采暖熱負荷計算
常規建筑物單位熱指標選擇參照表
參照《采暖通風與空氣調節設計規范》，該采暖系統建筑物為賓館，因此供暖面積熱指標qF取50 W/㎡，室內設計溫度為18℃，采暖期天數162天，采暖面積F為900㎡。則日平均采暖熱負荷QH為：
QH=qF×F=50×900=45KW
2.4.2 太陽能集熱器面積確定
直接系統需要集熱面積
Ac——直接加熱太陽能系統集熱面積，㎡；
QH——建筑物耗熱量，W；
f——太陽能保證率，根據當地輻照情況，按照相關資料推薦確定；西藏地區太陽能采暖保證率推薦值0.60，本方案按0.6設計。
JT——當地集熱器采光面上日平均太陽輻照量，kJ/㎡；取19.843 MJ/㎡
ηcd——集熱器年平均集熱效率，根據集熱器測試結果確定；
ηL——貯水箱及管路熱損失率，根據經驗值確定，取0.2；
按以上計算過程，同時考慮管道內熱媒體積與散熱，計算得出采暖系統需集熱面積233㎡，由于西藏屬于高寒地區及屋面安裝情況，采暖集熱器面積按采暖面積的0.39倍選擇為352㎡。
2.4.3 采暖儲熱水箱容積的確定
儲熱水箱容積的確定與太陽能集熱系統的保證率與夜間是否采暖相關。白天太陽能集熱器得到的能量為建筑提供采暖后仍有部分剩余，所以要儲存水箱中供夜間使用。此時太陽能儲熱水箱的容積可按下式計算：
式中：q——當地冬季單位面積太陽輻照量，取19MJ/㎡；
η——集熱系統熱效率，取63.1%
AC——太陽能系統的輪廓集熱面積 ，㎡，見表1；
P——建筑物采暖熱負荷，W，45000W；
V——儲熱水箱有效容積，m³；
CP——水的定壓比熱，Cp=4.1868K J/(Kg•℃)；
ρ——水的密度，1000kg/m³；
tend——儲熱水箱內上限水溫 ( 最大取值要低于本地水的沸點10℃) ，85℃；
tst——水箱初始溫度，30℃。
按照公式計算得出不同采暖面積熱負荷需要的太陽能儲熱水箱有效容積8噸。
2.5 設備選型
2.5.1 集熱元件
考慮到西藏地區冬季寒冷的氣候特點及系統和客戶要求，該系統選用選用熱管式真空管集熱器作為集熱元件。熱管式真空管集熱器具有耐冰凍、效率高、承壓大、啟動快、保溫好、耐冷熱沖擊、運行安全可靠、易于安裝維修等諸多優點，非常適合于高寒地區使用。
如圖2所示，熱管式真空集熱管是金屬吸熱體真空集熱管的一種，它由熱管（蒸發段1和冷凝段5）、金屬封蓋2、玻璃管3、金屬吸熱板4、彈簧支架6、消氣劑（蒸散型7和非蒸散型8）等構成。
圖2 熱管式真空集熱管結構示意圖
1—熱管冷凝段，2—金屬封蓋，3—玻璃管，4—金屬吸熱板，5—熱管蒸發段
6—彈簧支架，7—蒸散型消氣劑，8—非蒸散型消氣劑
采用的熱管式真空集熱管的玻璃管直徑為100 mm，長度為2,000mm。
根據屋面的具體情況，系統設計安裝220組SEIDO 1-8型集熱器作為熱源，每組集熱器8支真空管，共計1,760支真空管，總采光面積為352㎡，安裝需要的占地面積約為800㎡。
太陽能集熱器陣列由三排組成，如圖3所示。集熱器組朝正南向安裝，傾角為50º。
圖3西藏普魯崗日賓館太陽能集熱器陣列
2.5.2 水箱的設計及布置
在本太陽能供熱采暖系統中，根據需要設計有8m³儲熱水箱和30m³淋浴及生活用熱水箱（為非采暖期使用而設計）。
在采暖期，由儲熱水箱向建筑物直接提供采暖用熱水；在非采暖期，由儲熱水箱提供的熱水經過換熱器，加熱淋浴及生活用熱水箱。
按照設計，設有專門的水箱間，太陽能儲熱水箱設置在水箱間內，以保證賓館的承重和水箱的保溫。由于水箱間空間有限，因而淋浴及生活用熱水箱不能放置在水箱間內，只能在樓頂選擇水箱間西邊的地方，根據圖紙專門制做了承重基礎，以合理布置為非采暖期使用的淋浴及生活用熱水箱。
2.5.3 設備間的選擇
本系統除了太陽能集熱器、水箱等主要設備外，還配套有控制系統、循環泵、分水器、集水器、除垢器等輔助設備，以保證系統的正常工作，因此需要有設備間來布置安裝這些輔助設備，其大約需要10㎡的面積，這樣就決定利用原有的水箱間來做為設備間。
2.5.4 循環泵的選擇
本系統選用丹麥進口的格蘭富熱水循環泵作為循環動力。根據實際情況分為兩組布置，共計安裝四臺循環泵（每組一備一用）。所選用的循環泵型號分別為UPS32-80和CH8-40，需要的電功率負荷總共約為1.5kW左右，其電源為220V即可。所選用的格蘭富熱水循環泵具有體積小、無噪音、能耗低、外形美觀、經久耐用等特點。
2.5.5 散熱器的選擇和布置
該賓館是一座既有建筑，為了減少裝修費用，確定采用散熱器作為采暖系統的末端（盡管地板輻射采暖具有更多優點）。根據當地實際情況，選用安裝四柱813型鑄鐵散熱器。如上所述，賓館共有1,350㎡采暖面積，后來根據實際需求，選擇部分房間安裝了散熱器，如：客房、辦公室、餐廳、氧吧、廚房等。最后按照圖紙計算，總共安裝鑄鐵散熱器1,400片左右。
2.5.6 軟化水裝置的使用
根據當地水質的情況，本系統配備了軟化水裝置。采用歸粒晶來軟化水質，確保所有設備和管路不結垢，以保護整個系統長期而穩定正常運行。
3 系統運行結果及實景圖
本系統在采暖期主要用于為建筑房間提供采暖（可兼用于淋浴），供水溫度為65℃～80℃，回水溫度為50℃～65℃，供回水溫差為15℃左右。在非采暖期用于為賓館提供淋浴用熱水，生活用熱水箱采用最高溫度限制，限制溫度為85℃，以保證整個系統的正常運行和使用壽命。幾年來，系統一直運行良好。
圖4 西藏普魯崗日賓館太陽能供熱采暖系統實景
4 結語
西藏普魯崗日賓館建成的太陽能供熱采暖系統，涉及到系統設計和系統運行的各個方面，取得了豐富的實踐經驗，為今后進一步設計各類太陽能供熱采暖系統，并為在我國嚴寒和寒冷地區推動綠色建筑的建立，提供了較為堅實的技術基礎。
