我国的太阳能热水系统，当前来在设备、技术、设计等方面均非常成熟，经过了海量工程应用的实际考验，因此完全可以在医院这一特殊公共单位进行设计使用。尤其是近年来太阳能与建筑一体化设计这一模式的出现，更使这系统与“绿色医院”建设理念呈现高匹配度。

本项目2012年被评为“江苏省建筑节能示范重点推广项目”，2014年与南京鼓楼医院南扩项目一并获得了中国建筑工程质量最高奖----“鲁班奖”。

 太阳能热水系统与南京市鼓楼南扩新大楼工程进行了一体化设计 

一、项目概况

1.建筑概况：鼓楼医院南扩工程，总建筑面积为224813.3㎡，其中地下建筑面积47067.63㎡，地上建筑面积177745.67㎡，根据建筑功能将整个建筑自南向北分为A、B、C三区，A区为门诊楼（5层）、B区为急诊及住院部大楼（14层）、C区为医技楼（6层），均设两层地下室。

2.用水要求：保证每天实际用水120吨、使用温度60℃热水（阴雨雪天，采用蒸汽锅炉辅助加热）。

3.设备要求：选择合适的太阳能集热器，能满足系统安全、可靠、稳定、高效的运行，可以实现太阳能与医院现有的建筑结构能融为一体，太阳能系统设计应该保证系统安全、可靠、稳定的运行，充分考虑系统冬季防冻，夏季高温过热、防雷、防风、防垢等安全问题。

二、系统设计方案

本项目的太阳能热水系统采用太阳能加蒸汽锅炉联合采热方式，优先使用太阳能，在阴雨雪天或光照不足的情况下，自动启动蒸汽锅炉进行加热。根据用水需求，配置了11800支热管式集热真空管，集热面积约1800㎡。

作为医院生活热水解决系统，需保证24小时能随时供水。由于系统设计有辅助加热系统，因此在保证每天的热水使用的条件下，就存在如何解决优先和充分利用太阳能加热并实现最大限度降低热量损失，以减少辅助热源使用的问题。

通过对投标文件原方案的讨论，并结合南京当地冬季气温相对较高的特点，我方建议原有的防冻液做为加热介质间接加热系统改为自来水作为介质的间接加热系统，以避免防冻液补液不便及漏液带来的气味污染问题。

同时，为了解决优先和充分利用太阳能加热问题，我方的太阳能系统全部采用了智能控制器和我公司专门开发的控制程序，系统可以随时监测太阳能系统的各种水温、水箱水量、压力、流量、时间等参数，系统控制器会自动根据这些参数计算出太阳能加热能否满足事先设定的用热水量和温度的需求。

当太阳能加热能够满足设定的需求时，辅助加热系统不启动；当太阳能加热不能够满足热水需求时，再通过辅助加热系统加热，从而实现了充分利用太阳能加热，仅让辅助热源补充太阳能产热水不足的功能，有效地减少了辅助热源的用量，降低运行成本。

 

项目西区太阳能集热器布局

此外，系统配置了太阳能水箱水位过高溢流自检报警、集热器温度过高自检报警、储热水箱温度过高自检报警、水泵故障自检报警等，且在故障自检报警同时，控制器会自动采取预处理功能，防止故障造成损失。

三、设计难点与应对措施

1、楼顶可用空间有限

由于鼓楼医院屋顶现有设备众多，除冷凝塔、空调主机、线缆桥架、消防管道、风机盘管等设备布满屋顶外，还建有专门急救病人的屋顶直升机停机坪，屋顶几乎没有合适的空间摆放太阳能集热器，现场施工十分复杂。

国务院特聘太阳能工程专家、北方赛尔首席总工程师杨金良根据现场条件，会同公司一批设计师共同商定，最后独创性的设计了“高空廊架对称屋檐式钢结构支架”，有效的避开了现有的诸多设备，整套太阳能宛如巨大的蓝色天窗平铺在屋顶上，雄伟壮观，既起到了隔热作用，又实现了太阳能与建筑的完美结合，成为鼓楼区市中心的一道独特靓丽的风景。

2、直升机停机坪

由于楼顶建有南京市专用的军用直升机停机坪，为了杜绝太阳能反射光源的污染而影响直升机的起降，在产品生产过程中，对太阳能集热器高强度铝合金联箱，采用了汽车喷涂烤漆工艺，喷涂了一层深灰色的烤漆，既有效的防止铝合金的氧化，又彻底杜绝了光污染带来的安全隐患。

3、水箱安放的安全性考量

由于水箱盛水后重达130多吨，为了安全起见，将水箱安放在地下室的负二层，通过管道井将冷热水管道与楼顶集热器和地下室水箱进行连接，输送热水。同时考虑因雨雪天太阳能不足的情况下，确保满足病人洗浴需求，加装了一套蒸汽锅炉辅助加热系统，确保全天候热水供应。

 南京市鼓楼医院太阳能+蒸汽辅热系统设计平面图 

四、节能计算分析

1.太阳能年均节能量

根据南京地区的太阳能辐照资源，考虑太阳能的效率、保证率、热损的影响，本系统太阳能年节能量按下式计算：

式中：

△QSAVE——年平均节能量；

Ac——太阳集热器的采光面积，单位 ㎡；本项目为1760㎡；

JT——太阳集热器采光面的太阳辐照量，单位 KJ/㎡。南京地区为16.235MJ/(㎡·d)；

f——太阳能保证率，无量纲。取0.6；

ηcd:太阳集热器效率，无量纲。取0.55；

ηL——管路及贮水箱热损失，无量纲。取0.1；

带入上述数据计算得：△QSAVE =8604225.299MJ。

2.寿命期内太阳能系统的总节省费用

本项目辅助加热系统采用蒸汽换热系统。蒸汽供热折算热价约为0.10元/MJ。系统节省总费用见以下计算式：

式中：

SAV——系统寿命内总节省费用，单位：元；

PI——折现系数；

Cc——常规能源价格，燃气价0.10元/MJ；

A——太阳能系统总投资，本系统总投资按396.99万元计算；

DJ——维修费用，每年用于与太阳能有关的维修费用占总投资的百分率取0.1%。

其中：

 

式中：

d——五年以上银行贷款利率，本系统按7%计算；

e——年燃料价格上涨率，按1%考虑；

n——分析节省费用的年限。

通过计算得：PI=10.04,SAV=4526070.10元，此为太阳能热水系统额外节约的费用。

根据南京地区太阳能平均辐射量计算的全年总辐射量为5019.66MJ，楼顶安装太阳能换热面积为1760㎡计算的太阳能系统全年得热量4134593.55KJ，每天产生55℃热水120吨，全年可节约电量1091073.30度。

五、投资效益分析

1.经济效益分析

投资回收周期:与电锅炉相比，0.89年收回成本；15年共节省3931.38万元；与燃油锅炉相比，1.31年收回成本；15年共节省2902.94万元；与燃气锅炉相比，4.06年收回成本；15年共节省1309.45万元。

2.社会效益分析

太阳能系统的环保效益体现在因节省常规能源而减少了污染物的排放，主要指标为二氧化碳和二氧化硫的减排量。将系统寿命期的节能量折算成标准煤，然后将标准煤中的碳含量折算成二氧化碳，硫含量折算成二氧化硫，即为该太阳能系统的二氧化碳和二氧化硫的减排量，其计算公式为：

 

 

式中：

Qco2——系统寿命期内CO2的排放量，单位:吨；

W——标准煤热值，29308KJ/kg；2.26——每kg标准煤燃烧产生的CO2为2.26kg；

0.0085——每kg标准煤燃烧产生的SO2为0.0085kg；

n——系统寿命期，按15年计算。代入数据得：Qco2=9703.533吨，Qso2=36.495吨；

由此可得：15年内CO2减排量为9703.533吨，SO2的减排量为36.495吨。

综述：南京市鼓楼医院太阳能热水工程自2011年投入运营以来，已经连续安全、稳定、高效运行了八个年头，是太阳能节能减排技术在医疗系统应用的一次成功尝试，从实际运行数据来看，达到了预期的节能效果。无论是从系统规模还是技术应用角度来说，南京鼓楼医院太阳能热水系统，都堪称国内太阳能节能减排技术应用的一个经典案例，为太阳能节能减排技术在医疗系统的推广应用，奠定了良好的技术基础，也为太阳能节能减排技术的发展创新提供一个成功的实践样板。

作者简介：孙帮聪，江苏科大环保装备制造有限公司总经理；太阳能工程国家标准GB/T29160——2012《带辅助能源的太阳能热水系统性能试验方法》参与起草人；出版医院、学校等公共建筑领域热水工程专著《太阳能医院》《太阳能学校》等；

项目经验：南京鼓楼医院、南京'市第一医院、南京市口腔医院、南京市心血管病医院、南京鼓楼医院江北国际医院、皖北煤电集团总医院、安徽省砀山县人民医院、砀山县中医院等；