北京科技大学体育馆（2008年奥运会柔道、跆拳道比赛馆）

2007年5月18日，由北大新世纪科技发展有限公司承建的太阳能热水系统工程正式动工。在这之前，项目负责人黄孝华已经与设计方、行业内专家就北京科技大学体育馆热管太阳能热水系统方案商讨过多次。
      该工程采用的是北京博大光正高新技术有限公司自主设计、生产的BDGZ-R-28B型热管集热器，采用太阳能热管技术，共198组太阳能热管构成集热矩阵，集热矩阵全部安装在游泳馆屋面，集热面积达860m2，日产40~60℃的热水**高达80m3，系统产生的热水主要用于满足体育馆日常和赛时的洗浴用热水需要。
      黄孝华说：“从技术水准上看，此次采用的都是行业内具备**水平的集热器件、控制器件；从使用规模上看，在国内是少见的；从功能配置上看，有些功能也是行业内**无二的。”

量身定做

　　因为北京科技大体育馆游泳馆屋面是绣红色金属板，外墙主体为玻璃幕墙，考虑到太阳能集热器与体育馆建筑的一体化设计以及集热管在安装时需要倾斜角度不能水平放置等因素，所以施工方采用了“V”字造型的集热器安装方法以增强整体美感。
　　奥运会在8月份举办，赛后体育馆在学校里也将终年使用，在太阳能集热元件选型时，施工方建议将原设计中的普通真空管改为热管。黄孝华说：“虽然热管的一次性投资会加大，但从后期维护成本、综合收益上来说是划算的，能提高利用率，同时考虑到北京属于太阳能资源较富区，年平均气温≥10℃，日照时数≥6h的天数有250天～275天，再加上北方的沙尘等因素，采用金属重力热管作为太阳能核心元件更为合适。”后来，他们的建议被采纳了，使用了5320根热管构成集热矩阵。据介绍，热管太阳能热水系统的热效率即使在冬季也能达到45％以上，工作的温度可达到40℃～100℃，热管的热容小，受热后能立即启动，在多云低日照的条件下也可以正常运行。
　　施工方在进行系统蓄热水箱容量设计时，考虑到北京冬至日和夏至日太阳辐射量的**小值和**大值，将总容量55吨的矩形储水箱一分为二，通过内设隔板分成蓄热水箱和应用水箱，并在应用水箱中增加搅拌装置，以避免大容量水箱出现水温分层现象，保证出水恒温，这样也便于系统功能的进一步配置。
　　据了解，该工程专门配置了一些系统功能，包括自动循环系统、自动上水功能、自动辅助加热系统、集热器防冻保温系统、供水主干管路的恒温系统、高温出水温度保护系统、远程监控系统等，其中，辅助加热系统用于与学校的热煤系统自动对接，太阳能热水系统远程监控功能在行业中是**无二的。
　　具有自动上水功能的液位控制器的传感器，采用的是美国国家半导体公司军工级扩散硅压力传感器。黄孝华说：“系统方案的优化，控制是手段，精度是关键。在系统的产热动态过程中，对信号的取样精度、运算和处理精度是整个控制系统的核心，这种传感器对水位信号的取样等级为0.2％FS。另外，温度信号传感器采用了‘铂金’系列的Pt100，信号的运算和处理采用了PIC模块，这种模块温度补偿好，线性度高。这些控制元件能进一步提高系统的精度和可靠性。”

技术保障

　　如何保障系统的高效率运转，黄孝华表示，**是系统循环的控制。集热系统的循环是太阳能热水系统的核心，因为集热面积比较大，管网复杂，如果按常规处理容易形成汽阻，循环不畅通易出现死角，会大大地降低集热效率。
　　为此，2007年4月，施工方多方征求行业专家的意见，采用了增压→稳压→分压→恒压的思路进行技术处理，使循环主杆管路的压力稳定在一定幅度范围内，且在系统的管网支路上采用了水平横向的二次推动达到分压→恒压的目的。
　　其次是系统供水过程中的技术措施。因为给水系统管网较为复杂，输送距离远，为了保证无论是在平时还是在赛时，无论是一个节点用水，还是多个节点用水，都使压力维持恒定，达到洗浴时让人感到温馨与舒适的目的，他们在供水系统运用了变频稳压技术。
      谈起施工中的关键步骤，黄孝华介绍说，一是集热矩阵在金属屋面的固定。因为金属屋面比较薄，屋面板的下面是保温棉，荷载较小，易变形，且金属屋面存在一定的热胀冷缩膨胀系数，集热矩阵安装在金属屋面上必须考虑这些因素，才能保障安全。施工方通过精密计算，采用龙骨分散负荷，并预留了一定的伸缩空间，解决了安全问题。二是该工程的集热面积达860m2，东西向跨度有近50m，而集热器的主要传热材料为紫铜，这种材料的热胀冷缩膨胀系数为千分之四，且系数会随着温度的变化而变化，于是施工方采用了波纹软连接处理集热矩阵各单元之间的接头处，以消除紫铜膨胀系数的累加。
　　2007年10月，热管太阳能热水系统工程完工，它是北京科技大体育馆落实“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的重要举措之一。经计算，该套太阳能热水系统投入运行后，与燃气锅炉相比较，每年可节省燃料费用近20万元，在设备的寿命期内（按15年计算）二氧化碳的减排量为约1600吨。

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