太阳能热水系统在医院洗浴热水供应中的应用

太阳能作为医院建筑洗浴热水系统的热源存在一定的局限性。一是由于太阳能受季节、气候影响较大，当遇阴雨天气日照不充足时，不能满足使用要求；二是受建筑布局及面积的影响，太阳能集热板在病房楼屋顶上布置的数量有限，不能提供足够的热量。医院建筑洗浴热水用水量大，太阳能热水系统需要与其他热源系统联合供应热水。

以山东省某医院为例，在冬季由热电厂提供的热水作为该院生活热水系统的热源，采用热媒换热系统为主、太阳能热水系统为辅的制热水方式，可为医院生活热水用水末端提供稳定可靠的洗浴热水。但是只在冬季才有热电厂供应热水，在夏季和过渡季节，仅靠太阳能系统在阴雨天气仍不能满足医院对生活热水的需要。于是，该院在夏季和过渡季节采用了太阳能热水系统为主、空气源热泵热水机组系统为辅的制热水方式，减轻了热水制备对于日趋紧张的燃料供应的依赖和节能减排压力，降低了热水制备的成本。

一、建筑概况

该院总建筑面积71219m²。主楼部分地上16层， 建筑面积为26151m²； 地下1 层， 建筑面积为1571m²；建筑高度为65.55m。裙房部分地上5层，建筑面积为34751m²；地下1 层，建筑面积为8746m²；建筑高度22.75m。

主楼各层功能布置如下：地下一层为空调机房、水泵房、变配电室、库房（丁戊类）、高压配电室、太平间；一层为出入院办理、银行、商店、鲜花超市、值班室、消防控制室等；二层为静脉配置中心、病房药房、办公区等；三层为透析中心、办公区等；四层为ICU、净化机房等；五至十六层为标准护理单元（48 床）。裙房主要为门诊医技部分。

二、热水系统概况

热水系统在冬季采用热媒换热系统为主、太阳能系统为辅的制热水方式，热媒为热水，接自热电厂的热力管网，供水80℃，回水50℃，水- 水板式换热器（立式）放置在地下室生活水泵房内。夏季和过渡季节采用太阳能系统为主、空气源热泵热水系统为辅的制热水方式。太阳能集热器、空气源热泵热水机组放置在主楼屋顶。室内洗浴热水系统竖向分为3 个区：一区为十六层，由水箱间内的变频机组供水；二区为十一层至十五层，三区为五至十层，二区、三区由热水箱重力供水，热水箱放在屋顶水箱间内，有效容积为32m³。

热水设计温度为55℃，热水系统设计为干管、立管同程循环。病房洗浴热水为定时供水，每次供水时间不小于2 小时，建议尽量在下午或晚上供水，以充分发挥太阳能的作用。

表1 各区热水供水量及小时耗热量

该院选用3 台BAH-4600C 空气源热泵热水机组，制热量为173.2kW，制热水量为4.6t/h；选用两组M6-MFG 水-水板式换热器（立式），换热量为1585kW。

三、热水系统工作原理

系统工作原理如图1 所示。

在冬季，系统分三种运行工况：

工况一：太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。

工况二：热媒换热器单独工作（只要条件具备，太阳能热水系统即优先投入运行）。冬季遇阴雨天气，太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。

工况三：太阳能热水系统与热媒换热器联合工作。

水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30 分钟检测水箱温度一次，如果比设定值低8℃，热媒换热器系统循环泵自动启动，同时停止太阳能系统循环泵，待水温达到设定温度，系统即自动关闭；当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止热媒换热器系统，启动太阳能系统；在光照条件下，当集热器温度大于储水箱温度5℃时，启动太阳能热水系统循环泵，当集热器与储水箱水温温差小于2℃时，太阳能热水系统循环泵停止工作。

夏季和过渡季节系统分三种运行工况：

工况一：太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。

工况二：空气源热泵热水机组单独工作（只要条件具备，太阳能热水系统即优先投入运行）。遇阴雨天气，太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。

工况三：太阳能热水系统与空气源热泵热水机组联合工作。

水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30 分钟检测水箱温度一次，比设定值低8℃，空气源热泵热水机组自动启动，同时停止太阳能热水系统循环泵，待水温达到设定温度，系统即自动关闭；当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止空气源热泵热水机组系统，启动太阳能热水系统；在光照条件下，当集热器温度大于储水箱温度5℃时，启动太阳能热水系统循环泵；当集热器与储水箱水温温差小于2℃时，太阳能热水系统循环泵停止工作。

当热水系统回水端温度≤ 50℃时启动热水系统循环泵，当温度等于55℃时停泵，定时供热水系统在设定的工作时间外不启动，以节约能量。热水的制备以太阳能热水系统为主，充分节约能源。

补水控制：当水箱水位低于最低水位时，补水电磁阀开启，向水箱补水；当水位达到高水位时，补水电磁阀关闭，停止补水。

四、经济性比较

以每吨水从15℃加热到55℃需167200kJ 热量为例，电价取1元/度，对各种热水加热设备的运行成本进行对比，如图2 所示。

图中数据显示出空气源热泵热水机组的运行具有明显的经济性。另外，在夏季和过渡季节，太阳能热水系统和空气源热泵热水机组的运行效率均比较高；在冬季，当太阳能热水系统不能满足使用要求时，有热电厂的热水做热源，使得热水系统能够稳定可靠运行。虽然在初期热水设备的投资较大，但能够节约热水系统常规的能源消耗，从而带来可观的经济和环境效益。

五、结束语

太阳能热水系统已广泛应用于医院建筑洗浴热水供应，其组合热源的选择根据院区可利用资源的情况不同有多种形式。将太阳能系统与能效比较高的热源结合起来，有利于保证热水系统稳定可靠地运行，满足医院洗浴热水的需求，充分节约能源，保护环境。