图1 鸟瞰图

工程概况

解放军总医院海南分院位于海南省三亚市——海棠湾开发区，医院设计床位数约：700床，设计门诊量：3000人次。目前，医疗区总建筑面积约24×104㎡，分为医疗大楼和5栋住宅楼。

医疗大楼包含门急诊楼、病房楼、VIP病房楼、 行政办公楼等，地下1层，住院楼地上为9层，门急诊楼、VIP病房楼、行政办公楼等地上为6层；地下部分为一体式，地上分为4栋独立的围合建筑。5栋住宅楼均为6层的独立建筑，分为2栋单身宿舍、3栋公寓。具体见效果图1（效果图中只有3栋宿舍，后来根据需要增加了2栋宿舍）。

设计热水量

医疗大楼设计生活热水总用量约225m³/d。其中，住院楼3~9层热水量100m³/d，门诊楼、VIP楼、行政办公楼、住院楼1~2层合计热水量125m³/d；5栋宿舍、公寓的热水量分别为：35m³/d、35m³/d、25m³/d、25m³/d、15m³/d。

热水系统设计

医疗大楼热水系统为全日制集中的热水供应系统；热水供应分为两个系统，一个系统供应住院楼的3~9层（见图2）；另一个系统供应门诊楼、行政楼、VIP楼、住院楼1~2层及地下部分（见图3）。

图2 住院楼热水系统展开图

图3 门诊楼、行政楼、VIP楼热水系统展开图

每栋宿舍、公寓楼单独设置全日制集中的热水系统（见图4）。

图4 宿舍楼热水系统示意图

（设计热水温度为：55~60℃，冷水计算温度按 20℃计）

加热方式选择

生活热水加热方式的选择，是在结合了三亚的地理位置、气候特点的基础上，经各种方案比较后确定的。

三亚属热带海洋季风气候，气象条件见表1。

参照表1可见，三亚（海口）年平均气温24.06℃，7月平均最高气温28.6℃，1月平均最低气温17.7℃，全年日照时间约2139h。水平面上太阳能年总辐照量约4821MJ/ （㎡·a），平均日辐照量约13.20MJ/（㎡·d）。

三亚平均最低气温在20℃左右，利用空气源热泵加热生活热水的热效率高，COP值常年可以维持在3.5~4.5。据此设计优先选择利用太阳能加空气源热泵辅助加热生活热水。

设计利用太阳能集热器直接加热生活热水，医疗大楼设双水箱（集热水箱、供热水箱）供应。宿舍、公寓设混合水箱（集热、 供热合一）供应。

医疗大楼集热水箱有效容积按占全部储存容积的70%，供热水箱按有效容积占全部储存容积的30%，空气源热泵直接循环加热供热水箱，以保证供热水箱的供水温度恒定，同时还可以在没有太阳能的情况下，确保供应生活热水。因此,空气源热泵按照最大时耗热量的要求进行配置。每栋宿舍、公寓分两个系统，每个系统负担单栋宿舍、公寓的55%热水负荷，由于宿舍用热水时间基本上是在晚上。因此，设置混合水箱供应生活热水，白天依靠太阳能集热器加热水箱内的水，在水温不足的情况下由空气源热泵辅助加热供应生活热水。

热水箱的位置均设在屋顶水箱间内，这样可以最大限度地降低太阳能循环水泵、热水供应水泵运行的能耗。分别在住院楼、门诊楼屋顶水箱间，各设一个有效容积为70m³的太阳能集热水箱、一个有效容积为30m³的供热水箱，同时，在行政楼、VIP楼屋顶分别设一个有效容积10m³的集热水箱。住院楼屋面配置11台制热量90kW的空气源热泵机组、门诊楼屋 面设15台制热量90kW的空气源热泵机组，循环加热供热水箱。

宿舍楼分别在每栋宿舍屋顶设置2个水箱间供应各建筑的生活热水。

设计参数确定

1、太阳能集热器面积的确定

根据太阳能集热器面积计算公式：

式中，Ac为系统集热器轮廓面积，㎡；Qw为日平均用水量，kg；Cw为水的定压比热容，kJ/（kg·℃）；tend为贮热水箱内水的终止温度，℃；ti为水的初始温度，℃；Jt为当地春分或秋分所在月集热器受热面上当月日平均太阳辐照量，kJ/㎡；f为太阳能保证率，无量纲；ηcd为集热器全日集热效率，无量纲；ηL为管路及贮水箱热损失率，无量纲。

各参数取值：Ac为待计算；Qw：根据工程概况，各楼设计热水用量，参见表1；Cw：4.18kJ/（kg·℃）；tend： 55℃（环境温度15℃以上）； ti：20℃；Jt：按照晴好天气下平均每天13200kJ/㎡取值； f：根据国标，按照 50%进行取值； ηcd与ηL：ηcd(1-ηL)综合后即为系统效率，设计按照 50%计算。

2、面积计算

1)住院楼日用热水量为100m³/d，需要的太阳能集热器面积见表2。

表2 住院楼太阳能集热器面积计算

2）门诊楼、行政楼、VIP楼的日用热水量合计为125m³/d；设计为一套太阳能系统，需要太阳能集热器总面积见表3。

表3 门诊楼、行政楼、VIP楼太阳能集热器面积计算

3）同理，可计算出各宿舍、公寓需要太阳能集热器面积分别为：437㎡、437㎡、312㎡、312㎡、187㎡。

实际安装的太阳能面积

根据太阳能与建筑一体化的布置，建筑屋面上设置一层下凹式太阳能安装架，四周为挑板式设计，具体见图5这样，可以不影响建筑立面效果，同时也适合海南的气候特点，可以利用建筑主体抗逆台风对太阳能集热器的破坏。

图5 集热器与建筑一体化

各建筑计算面积与屋面实际布置的太阳能面积对比见表4。

表4 各建筑计算面积与屋面实际布置的天阳能面积对比

节能分析

1、太阳能部分的节能分析

本项目实际安装的太阳能集热器集热面积为4854.8㎡，稍大于计算需要的面积，根据实际安装的太阳能集热器的面积，可以分析出本项目所利用太阳能的基本情况，根据气象参数表1。按照水平面年总太阳能辐照量为4821MJ/(㎡·a)，水平面日均太阳能辐照量为 13.2MJ/(㎡·a)。

每年可以利用总的太阳能量为 Na=4 854.8×4 821MJ （ m2·a=23.4×106MJ。

日均利用的太阳能量为：Nd=4854.8㎡×13.2MJ/(m2.d)×0.5=32041.68MJ。

按照每日加热 360m³ 热水所需要的能量约为：N=360×1000×1.2㎡×40㎡×4.187=72351.36MJ(考虑 20%热损失，温升为 40℃计）。因此，日均太阳能利用率达到约 44.3%。对比传统加热方式可节省的能量及节省的费用见表 5。

表5 与传统加热方式相比可节省的能量和费用

2、水泵部分节能分析

本项目水箱设置在屋面水箱间内，对比水箱设置在地下机房内的情况，在水泵流量、 运行时间相同的情况下可节省的运行成本如下表6。

表6 按照太阳能循环泵及热水给水泵每小时运行耗电量计

通过表5、表6分析，本项目在节能方面效果是显著的，综合节能率达到约45%以上，日均节省标准煤约4t/d，减少碳排量约2.6t/d。因此,本项目在建设绿色旅游岛、利用绿色能源、节能减排等方面起到了很好的示范作用。

小结

1)太阳能直热供应生活热水，能够最大化的提高太阳能利用率，在气候条件合适的地方建议推广。

2) 根据实际运行反映的情况，宿舍楼为水箱供水，其中的单身宿舍在试运行阶段有个别房间淋浴用水温度有些波动，医疗大楼为双水箱供水，使用比较稳定，因此双水箱系统生活热水供应要比单水箱系统稳定，在使用太阳能直热供应生活热水设计时，对供应热水要求比较高的项目建议采用双水箱系统。

3 ) 热水箱的位置建议设在太阳能集热器同层或下一层，可以降低循环泵的运行能耗，但要在屋面设独立的水箱间，避免屋顶露天设置，以保证卫生；另外由于热水箱通气管会冒蒸汽，水蒸汽在水箱间内会形成凝露，影响环境，因此水箱间设在屋面还有利于降低水箱通气管的热蒸汽对周围环境的影响。水箱通气管应下弯到水箱底部，将通气管凝结水引导到水箱间地面为好。

4 )妥善解决冷热水流量和压力平衡问题，由于冷水是通过地下室水泵房内的变频泵增压供应，热水是通过屋顶热水箱-热水变频泵增压供应，热水给水泵同时负担增压给水和循环功能，因此热水给水泵的流量要按照设计秒流量加上循环流量来确定，并适当留有余量；热水泵的扬程要考虑冷热水的压力平衡问题，设计按照冷、热水系统最不利点的动、静压余压平衡的原则来确定热水泵给水压力，同时考虑热水回水是回到水箱，相当于热水的回水是开式系统，因此建议热水系统的定压要适当高于冷水系统的定压，目的是防止冷水穿入到热水系统，影响正常使用。

5) 该项目于2012年2~6月份试运行，并于6月8日全面投入运行，经过实际运行的检验，目前各项指标均正常，6~8月份太阳能集热温度维持在60~70℃，使用中基本稳定。根据实际使用情况在正常有阳光的天气，太阳能集热生产的热水基本上可以满足使用要求，热泵只是偶尔轮换运行即可。由此可见，生活热水系统的节能效果还是比较显著的。完成后的安装图片见图6~图8。

图6 安装效果图

图7 安装效果图

图8 安装效果图