拉萨火车站太阳能应用
拉萨火车站太阳能应用 X _ }8G H&R A5^W?t6c/A$f
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西藏的太阳能资源非常丰富，拉萨市更是被称为“太阳城”。拉萨市所处的位置属于我国I类、太阳能资源非常丰富地区，开发利用太阳能具有非常实际的意义。t&|+M%R ``9b
拉萨火车站站房建筑面积19504m2，建筑高度22.5米，最大楼层数3层，采暖设计热指标为34W/m2，设计采用太阳能作为冬季采暖的主要能源，不足部分采用燃油锅炉作为辅助热源。太阳能集热器安装在建筑屋面上，蓄热水池等设备在地下室的设备间内，燃油锅炉位于配套辅助建筑的西区锅炉房内。
主站房冬季采暖的最大日能耗达到14831 kw·hr/d，要求太阳能系统在晴朗的冬日（总辐射量典型值21.74MJ/㎡·d）时，太阳能集热器的总得热量不低于8347kw·hr/d。从下图（1）可以看出，太阳能是在白天蓄热，而供暖却需要全天进行，因此需要安装的太阳能集热器面积将是非常巨大的。
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一、安装太阳能采暖设备需要重点考虑的问题3|5d fo/vy_.]Nl
1.如何实现设计要求的总得热量
为了使太阳能系统真正发挥在冬季采暖中的主要作用，必须达到设计中总得热量不低于8347kw·hr/d的要求。可众所周知，太阳能能量密度很低，照射到单位面积的太阳能的总量是有限的，必须有足够的集热面积和较高的吸收效率，才能够得到预期的得热量。7{:jlW!^$R7aZ `
2.系统的流程问题
拉萨站主站房的屋顶高低错落、东西狭长、区域分割较散等，非常不利于大型太阳能系统的设计。由于储热水池的位置固定，屋顶的高度不同要求的水泵扬程就不同，事实上不可能为4个不同的高度而配置8台循环泵和16条供回水管线；由于建筑物狭长的外形，集热器距离储热水池的远近差别巨大，更加剧了流程的不平衡，太阳能的工作性质决定了不可能实现连续和相对稳定的流量，因此暖通行业的成熟处理方法到了太阳能系统设计中不再适用；对于大型太阳能系统，不论集热器产品本身承压能力的高低，为安全起见，都要设计成为“开式系统”，错落而分散的分布，使得传统的设计方法几乎不可能解决这一流程难题。%x4_*ER#G!w0q
3.安全问题6A se0_ w
太阳能集热器安装在屋顶，面积又如此庞大，一旦局部出现破坏现象如不能被及时发现，就可能会造成进一步的财产损失。造成系统破坏的主要原因可能来自几方面：外部（机械）冲击、内部（热）冲击和冬季冻结等。冲击（天灾除外）可以通过设计和管理加以减少甚至杜绝，其他安全问题，如防雷、防腐、抗风雪等，也可以通过强化设计和施工管理来解决。防冻，要作为“重中之重”问题加以考虑。
4．综合热利用问题 sm6iW g%C$^
太阳能集热器安装在室外，不像锅炉可以按需求启动关闭，因此必须要考虑好“对它有需求时”和“对它无需求时”热量的利用与处理。本套系统的设计目的是用于冬季采暖，非采暖季节其产能更大，必须考虑产出热量的合理利用，除利用太阳能产生的多余热量来加剧通风外，还可以为周围建筑提供卫生热水热源。我们甚至还向管理方提出过在附近建设经济鱼类养殖场的建议，如得以实施，不仅可以充分利用无偿的热能来加速热带鱼类生长速度，更可以缓解拉萨市对于鱼产品消费的增长压力。从减少野生鱼类捕捞和运输环节等因素看，实现了更大范围的环保。
5.控制系统问题s_$Dnq]9WZj#A e
大型太阳能的自动化控制存在着较多难题。设备机房与屋顶的太阳能需要协作，大量的信号需要在之间远距离传递。屋顶的太阳能占据着广大的区域，需要庞大的控制系统加以管理、监控、信息汇总等等，还要考虑大量信号电缆的布置和信号连接的高可靠性。此外，运行模式的优化和管理的方便性，也是我们所要实现的目标之一。ZEBn'BX&W6G8L"`k
6.与建筑协调的问题fs$k*^/Hu)e
好的建筑设计是凝固的音乐。太阳能作为其配套的设备，设计上应尽可能注重与建筑本身的和谐统一。从接受这一太阳能项目开始，我们便投入了大量的时间和精力，围绕以上几大问题，和各专业厂家、设计单位进行了广泛的沟通，对于几十种各具特色的反馈方案进行分析和归纳，最终形成了一套颇具特色的方案加以实施。最终结果证明，这一方案结构严谨、可实施性好、系统自动化程度高、运行安全可靠，并且具有可进一步优化升级的特点。%I"}!T t)l8d$F^
二、选择使用全玻璃真空太阳能集热器的优势
在拉萨火车站主站房选择使用什么样的太阳能集热器，这是我们遇到的主要问题。!l!qY _ ?(?
前期，我们对太阳能集热器的选择在全国范围内进行了广泛而全面的调研，得知目前我国生产的太阳能集热器的种类和规格品种非常繁多，质量、性能更是良莠不齐。其中主要的集热器种类就包括：各种平板集热器、全玻璃真空管集热器、热管式真空管集热器、真空管-热管集热器、“U”型管集热器，等等。 U7K u P f4c*e:O
根据拉萨的地理、气候条件和每种集热器的特点，我们进行了选择。我们选型的原则是：系统对设计要求的符合程度、安全性、经济性综合最优。我们对各种太阳能集热器的优缺点进行分析、比较，最终选择使用了全玻璃真空管太阳能集热器。这种集热器的优缺点如下：
优点：全玻璃真空管的结构像一个拉长的保温瓶胆，同样也是采用内外两层玻璃之间的真空层实现绝热，因此保温和抗冻能力非常好，在采用水循环的情况下可用在年最低气温-25℃以上的地区使用，在-18℃条件下，仍可产生热水。安装方式多样，如果采用横插管形式时，可以实现集热器内的水全部排空。从太阳吸收转化的热量，可从吸收膜透过一层玻璃直接传导加热管内的水，集热效率很高的，技术成熟，价格低廉。jp4z*v7|
缺点：集热元件为全玻璃制品，抗冲击能力较差，容易破管跑水。集热器基本不承压，系统设计需特殊考虑。 |1F3^7r2w x
结论：综合多方面因素，本项目中最终选择使用全玻璃真空管太阳能集热器。主要原因：可以采用横插管形式时，对于安装场地可以实现最高的利用率，加上集热效率高，综合起来，可以接近满足设计要求的集热能力；技术成熟，价格低廉，是我们特有且广泛获得推广的集热器类型，经济性突出；在机械安全性方面存在一些不足，但与设计和厂家沟通后认为，可以通过系统设计优化和控制系统强化来减小甚至消除这部分风险。作为主要安全问题的防冻问题，采用真空管集热器比较有利于解决：一则集热管本身的抗冻性能好；二则方便采用集热器完全排空的方式解决防冻问题，更重要的是在拉萨地区的大量已经采用的真空管系统运行安全可靠，证明了系统安全性可以获得足够的保证。
三、太阳能集热器的安装及分割D9S;k ID
我们在太阳能集热器的安装布局工程中，主要依据了GB/T 18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》、 GB 50015-2003《建筑给水排水设计规范》，以及其他一些相关规范、要求。系统的设计由中国建筑设计研究院和北京北方赛尔太阳能工程公司共同完成，中国建筑设计研究院进行审定。依据场地及特定太阳能集热器运行的特点要求制定，打破了一些太阳能专业的传统设计方法，进行了很多新的尝试：[Rv#W IRox o _0k
根据标高的分布和屋顶的布局特点，最终将整个屋顶太阳能按所处的不同标高分为高区和低区，分别采用不同型号的水泵进行循环。经过屋面空间的最终排列，整个太阳能系统的总集热面积达到4815平方米，其中低区集热面积1260平方米，高区集热面积3555平方米。但是对于上千平米甚至几千平方米来说，不可能作为一个大的集热阵列来处理，必须进行进一步的分割。分割主要依据的原则包括：au | Q;M)L5?:S)D
同程原则、可监控原则、最小风险原则。/W R }W}M
综上所述，我们最终将4815平方米集热器分割为22个阵列，平均每个阵列的集热面积约为200～300平方米集热面积。
四、效益分析};I a6| Jmn lX
至今，拉萨火车站太阳能采暖系统已正常运行了2年，跨过了2个采暖季，运行状况良好。2006年底，中国建筑设计研究院暖通专业六位设计人员（同时会同中国建筑西南设计研究院两位暖通专业设计人员）对拉萨火车站实际的一些运行参数进行了现场的连续实测。实测结果是：拉萨火车站主站房2006年冬季采暖主要依靠太阳能热源,基本没有用到辅助热源。
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