关键词：太阳能热水系统，全天24小时供热水系统，多台并联太阳能热水系统
0 引言
太阳能具有节能环保无污染等优点。随着国家节能减排政策在各个领域的逐步落实，近几年，太阳能热水洗浴系统在军队系统也得到了越来越多的应用，并且还将得到更加广泛的推广。
军队营房洗浴具有洗浴人数多、洗浴时间相对规律等特点。在实际应用实践中，太阳能热水洗浴系统也出现了一些带有通用性的技术问题。总结分析已经出现的问题，找出切实可行的解决办法，对今后更好地在军队或类似热水使用性质的单位推广利用太阳能热水洗浴系统，具有非常重要的意义。
本文根据笔者全程参与士兵综合楼太阳能热水洗浴系统存在问题的调研，设计方案改进，改进后的使用效果跟踪，对士兵综合楼太阳能热水洗浴系统的设计施工要点进行了总结，并提出了设计安装建议。
1 工程概况
该士兵综合楼地上九层，地下一层，面积8675平方米，其中八～九层，每层14户，共28户，每户房间内设有面盆及淋浴设施；四～七层为单身宿舍，每层11间，共44间，房间内设面盆及淋浴设施；二层为卫生所，设有2个用热水面盆。大楼设计有热水供回水循环系统，并将热水供回水总管留在楼顶楼梯间，并在楼顶楼梯间的电气设备间内预留150kw三相动力电，专供热水辅助加热用。
本项目楼顶的太阳能热水系统采用了20台标准化、模块化的大容量真空管太阳能热水器，单台模块化大容量真空管太阳能热水器的贮热水箱容水量为1000L，组成了总容量20m3的太阳能热水系统。每个1m3的模块化大容量太阳能热水器水箱内，均设置了快速换热装置。各台大容量真空管太阳能热水器的真空管太阳能集热管将各自1000L贮热水箱内的水加热；阴雨天或用热水量超量时，通过设置在每个1000L水箱内的电加热器经水箱内的水加热。自来水通过每个1000L水箱内的快速换热器后，直接变成热水，输送到楼内各个用热水点。当不用热水时，通过楼内用热水主管路与太阳能水箱循环，确保楼内热水管路因散热降温的水及时被太阳能水箱内的换热器再次加热成热水，从而实现全天24小时循环供热水。每天早晨，系统自动检测1000L水箱的水位，当水箱内的水因蒸发或其它原因减少导致水箱水位下降时，每天早晨定时将水箱内的水补满，确保每个1000L水箱内的不锈钢盘管换热器浸没在水箱内的水中，实现高效快速换热。该太阳能热水系统图见图1。
图1 士官宿舍楼原太阳能热水洗浴系统图
2、系统实际运行出现的问题
本太阳能热水系统自2011年安装完成投入使用。在开始的近一年内，使用基本正常。但自2012年冬季开始，在使用中陆续出现问题，尤其是在冬季，出现问题的频率最高，且系统故障问题常常出现在节假日尤其是春节放假期间，因维修人员放假，出现维护不及时，并由此导致楼顶热水及自来水供水管路结冰，造成系统瘫痪，节后要花费较长的时间恢复运行。住在本楼的官兵、工作人员及家属，因较长时间不能使用热水，群体性意见较大。根据2012~2016年秋季期间，该太阳能热水系统运行出现问题的调查，主要问题与故障大致如下。
（1）太阳能供热水温度低，无法洗浴
经调查分析，导致太阳能系统供热水温度低的原因主要有以下几种：
a) 水箱水位不一致所致。
本太阳能系统有20个1000L贮热水箱，原设计的水箱水位判定，是根据20个水箱其中一个水箱的水位判定是否给各个水箱补水的依据。在实际使用中，经常出现有些水箱不缺水，有些水箱很缺水。当被检测的水箱缺水，系统自动补水时，不缺水的水箱补水，出现水满漫水，水箱内的热水被冲入水箱的自来水顶出，导致水箱贮存的热能流失；当被检测的水箱不缺水时，缺水的水箱不能及时得到补水，导致水箱内的快速换热器裸露，不能将水箱水的热能换走。以上两种情况，均会导致太阳能系统出热水温度低，从而影响使用。
b) 系统部分水箱内的电加热器器损坏所致。
系统部分水箱内的电加热器损坏，在阴雨天时，这些水箱电加热器不起作用，水箱内的水可能是凉水，而电加热器正常的水箱，水箱内的水是热水。这样当洗浴用热水时，从电加热器正常的水箱内，换热器换出来的是满足洗浴要求的热水，但从电加热器损坏的水箱内，换热器换出来的水是凉水，这样混合后，供应到楼内热水管路的水可能是温水。当供应到楼内热水管路的水温低于洗浴需要的40℃时，使用者感受到的就是不能洗浴的温水，所以一直放水，更加导致水温降低，也带来严重的自来水和热能的浪费。
c）太阳能系统漏水所致。
当楼顶太阳能系统因各种原因出现漏水时，比如真空管炸管，或者真空管与贮热水箱的密封圈密封不严，出现慢漏水。这时，将可能导致间断性地向太阳能贮热水箱补水，导致太阳能的热能流失；或者漏水导致贮热水箱水位下降，水箱内的快速换热器无法换取水箱内的热量。
(2) 冬季供热水管路内结冰，导致系统无法供热水
在冬季，尤其是在严寒发生的时候，由于防冻循环未开，或者局部防冻电伴热带失效不发热等原因，会导致楼顶室外的自来水供水或者热水供回水管路结冰。导致系统无法循环和供水。这种情况，如果发生在春节或者其它节日，由于维修不及时，换将导致楼顶整个管路系统结冰，维修更是困难。这种情况将导致较长时间太阳能热水系统不能使用，用户的意见会很大。
（3）楼顶太阳能供水管路系统系统故障，导致楼顶漏水
楼顶太阳能系统管路处于室外，在风吹雨晒等条件下，会出现各种故障。本系统出现的故障主要有：系统供水管路接头开裂导致漏水；系统水路系统管件开裂导致漏水；系统管路上的阀门开裂导致漏水；系统供回水管路与水箱的接口脱落导致漏水。
系统漏水在非结冰季节，主要是楼顶漏水，还好处理。但在冬季结冰的时候，一旦漏水，楼顶屋面将结冰，处理起来非常困难。根据本太阳能系统实际运行的故障统计，因为冬季漏水结冰导致的故障，影响最大，维修持续的时间也最长，维修的难度也最大。
楼顶太阳能系统换出现了其它故障，比如：自来水水压低导致的故障；系统放水后，再次补水，没有排除系统管路内的空气导致的故障；楼顶下水口被垃圾堵塞导致楼顶积水不能排除等，用户使用不当导致的故障等。这些故障，这里不再深入分析。
通过近5年的使用，太阳能系统存在的缺陷，基本上都已暴露出来。为了彻底解决出现的问题，使用单位与原设计安装的太阳能厂家全力配合，经过多次反复，将太阳能系统在使用中出现的问题和出现问题的原因全部调查分析清楚。并根据问题原因和现场实际条件，提出了多种解决方案，经过反复对比和改造方案优化，于2016年11月，由原设计安装的太阳能厂家，将原来的太阳能系统，做了彻底的改造。自2016年12月投入使用至今，经过冬季、春季、部分夏季的使用，一直运行正常至今，从没有出现过任何故障。运行至今的实践证明，改造是成功的，用户十分满意。本次改造后太阳能系统见图2。
图2 士官宿舍楼改造后的太阳能热水洗浴系统图
改造后的太阳能热水系统主要有以下特点：
（1）由原来的各个太阳能水箱既有太阳能加热，也有电辅助加热，改为太阳能加热系统作为预加热，太阳能加热温度不够时，再用后面新加的集中电加热装置辅助加热，从而既实现了优先利用太阳能加热。
改造后的太阳能系统，去掉了原来分散在楼顶各个太阳能水箱内的电辅助加热，改为后置集中电辅助加热。原太阳能系统作为自来水预加热，与后加的集中电加热串联，先经太阳能加热，再经集中电辅助加热。当太阳能加热后的水温达到设定温度时，后置电加热装置不启动；当太阳能加热后的水温低于设定温度时，后置电加热装置启动，将经太阳能加热的温水加热到设定温度。这样就保证了优先和充分利用太阳能加热，电加热只起到辅助作用。
（2）充分考虑了系统运行的可靠性
在本次改造时，巧妙利用现场条件，特意把后加的集中电辅助加热装置放置在顶层楼梯间内，并设置了自来水通过楼顶太阳能，在进入楼梯间集中电加热装置，从楼梯间直接进入楼梯间集中电加热装置的转换阀门（见图2中的阀门5、6、7）。这样即使冬季太阳能系统出现故障时，先关闭图2中的阀门5、7，打开阀门6，即可依靠楼梯间的集中电加热装置供热水，从而确保了供热水系统的可靠性。
（3）增设并完善了系统的控制装置
本次改造，增设了可靠的自动控制装置，采用了西门子PLC可编程控制器，提高了控制系统的抗干扰性能，并根据用户的使用习惯，及时修改自动运行控制逻辑，实现了系统全自动运行的可靠控制。
4、改造体会与建议
通过改造完善的太阳能热水系统，经过实际使用验证，取得的十分满意的效果。通过本项目太阳能热水系统的应用与改造实践，有以下体会和建议，供同行借鉴。
应把使用可靠性、操作的简便性作为设计和选择太阳能热水系统的重要因素。
北方结冰地区，在设计和选择太阳能热水系统时，应把管路结冰防护作为重要环节考虑。
采用电加热作为辅助加热时，应充分考虑电加热器维修和更换的方便性。
来源：中国太阳能工程
