太阳能热水系统设计与设备选用范文.docx
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1、太阳能热水系统设计与设备选用252020年4月19日文档仅供参考4.2系统设计与设备选用4.2.1集热器安装布置:1. 集热器安装倾角(集热器与水平的夹角)宜等于当地纬度;如系统侧重在夏季使用,其安装倾角等于当地纬度减10度;如系统侧重在冬天使用,其安装倾角等于当地纬度加10度。当采用水平热管集热器时,安装倾角能够为0度。2. 集热器安装方位(集热器采光面法线)宜朝向正南或南偏东、偏西30度的朝向范围内设置。3. 集热器不宜安装在受建筑自身及周围设施和绿化树木遮挡的部位,且宜满足不少于4h日照时数的要求。4. 集热器不应跨越建筑变形缝设置。5. 应根据集热器的形式、安装面积、尺寸大小进行细部设
2、计,确定其在建筑上的安装位置和安装方式(如一体式、叠合式、支架式等)。6. 集热器与遮光物或前后排的最小距离按式4.2.1计算: D=Hcotcos (4.2.1)式中 D集热器与遮光物或集热器前后排间的最小距离(m); H遮光物最高点与集热器最低点的垂直距离(m); 太阳高角度。全年运行系统,宜选当地春分、秋分日9:00或15:00的太阳高度角;主要在春、夏、秋三季运行系统,宜选当地春分、秋分日8:.00或16:00的太阳高度角;主要在冬季运行系统,宜选当地冬至日10:00或14:00的太阳高度角;计算时刻太阳光线在水平上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间的夹角度。7集热器可经过
3、并联、串联和串并联等方式连接成集热器组,并应符合下列要求:1)集热器组中集热器的连接尽可能采用并联,串联的集热器数目应尽可能少。2)对于自然循环系统,集热器组中集热器的连接宜采用并联。平板集热器每排并联数目不宜超过16块。3)全玻璃真空管东西向放置的集热器,在同一斜面上多层布置时,串联的集热器不宜超过3块(每块集热器联箱长度不大于2m)。4)对于自然循环系统,每个系统全部集热器的数目不宜超过24块。大面积自然循环系统,能够分成若干个子系统,每个子系统中集热器数目不宜超过24块。4.2.2 集热器选用。集热器类型应根据太阳能热水系统在一年中的运行时间、运行期内最低环境温度、水质条件、经济条件、维
4、护管理的等多方面因素综合考虑,参考表4.2.2选用。表4.2.2 集热器类型选用表选用要素集热器类型平板型全玻璃真空管型金属-玻璃真空管型运行期内最低环境温度高于零度可用可用可用低于零度不可用可用可用集热效率低中高运行方式承压、非承压非承压承压、非承压与建筑外观结合程度好一般较好易损程度低高中价格低中高注:采用防冻措施后可用。 如不采用防冻出措施,应注意最低环境温度及阴天持续时间。 本项指全国范围内全年的集热器效率。在环境温度常年高于零度的地区,或只在夏季使用的系统,平板型集热器效率略高于全玻璃真空管型。4.2.3 确定系统太阳能保证率。太阳能保证率是系统中由太阳能部分提供的热量除以系统总负荷
5、。应按照下列因素设定:1.根据当地的日照条件,宜按照3080的范围设定,取值范围可按照表4.2.3的推荐值选用。2.按照不同的供热水目标确定系统太阳能保证率。以全年使用的太阳能热水系统,宜取中间值;对预期投资规模较小,偏重于再春、夏、秋季使用,且不希望夏季产生的太阳能热水有过剩现象的系统,宜取偏小值;对预期投资规模较大,偏重于在冬季使用,希望在冬季能得到较多的太阳能热水,而在夏季又能做到综合利用的系统,宜取偏大值。等级太阳能条件年日照 时数(h)水平面上年太阳辐照量(MJ/m2y)地 区集热面积 (m2)一资源丰富区320033006700宁夏北、甘肃西、新疆东南、青海西、西藏西60%-80%
6、二资源较富区3000320054006700冀西北、京、津、晋北、内蒙、宁夏南、甘肃中东、青海东、西藏南、新疆南50%-60%三资源一般区2200300050005400鲁、豫、冀东南、晋南、新疆北、吉林、辽宁、云南、陕北、甘东南、粤南40%-50%1400220042005000湘、桂、赣、江、浙、沪、皖、鄂、闽北、粤北、陕南、黑龙江40%-50%四资源贫乏区100014004200川、黔、渝40%表4.2.3 太阳能热水系统集热参数推荐选用表4.2.4 计算集热器面积。 1. 直接系统的集热器总面积计算: (4.2.4-1)式中 Ac直接加热系统集热器总面积(m2); 设计日用热水量(L/
7、d),可按现行有关规范(规程)种热水用水定额下限取值; 贮水箱内水的设计温度( 0C); 贮水箱内水的初始温度(0C);太阳能保证率(%);根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定,宜为30%80% ;当地集热器采光面上的年平均日太阳能辐照量(Kj/m2d);集热器年平均集热器效率,无量纲;根据经验取值宜为=0.250.50,具体取值可按集热器产品实测数据定;集热系统热损失率,依系统保温措施定,经验取值为=0.200.30;C水的定压比热容,c=4.187(kJ/kg);热水密度(KG/L),见表4.2.4所示。表4.2.4 不同水温热水的密度值温度()404244
8、4648505254密度(kg/L)0.99220.99150.99070.98980.98890.98810.98710.9862温度()5658606264666870密度(kg/L)0.98520.98420.98320.98220.98110.98000.97890.9778注:当集热器间距不能满足式4.2.1的计算值时,应按照集热器实际接受日照时间段内的太阳辐射量(参见建筑用气象数据)计算。2 间接系统的集热器总面积计算: (4.2.4-2)式中间接系统集热器总面积(); 集热器总热损系数W/();对于平板型集热器,一般取46W/();对于真空管集热器,一般取值12 W/();具体数
9、值应根据集热器产品的实际测试结果而定; 换热器传热系数W/(); 换热器换热面积()。4.2.5 太阳能热水系统应根据冷水硬度、气候条件、冷热水供水压力平衡要求等确定加热方式:1.在冷水总硬度大小150mg/L(以CaCO3计),冬季寒冷地区,用户对水压稳定要求较高的场所宜选用间接加热供水系统。2.在冷水总硬度小于等于150mg/L(以CaCO3计),冬季非寒冷地区,用户对水压稳定要求一般的场所宜选用直接加热供水系统。4.2.6 贮热水箱(罐)设计: 1. 确定系统的贮热水容积。根据集热器系统与供水系统的设计要求,分别计算量个系统的贮热容积(),去二者的大值定为太阳能热水系统的贮热水容积。 1
10、)按照下式计算: = (4.2.6) 2)太阳能集热器采光面积(); 3)单位采光面积平均每日的产热水量(L/d),集体数值应根据当地日照条件、集热器产品的实际测试结果而定。方案阶段可根据太阳能行业的经验数值选取,对于直接加热系统,=40100(L/d),取值范围可参照表4.2.6;对于间接加热系统,=3070(L/d)。表4.2.6 直接加热系统单位采光面积平均每日的产热水量等级太阳能条件单位采光面积产热水量(L/d)资源丰富区70100资源较富区6070资源一般区5060资源贫乏区4050注:产热水温度为4550。2)的计算:采用分散热水供应方式时,应等于用户每日的热水用量;采用集中热水供
11、应方式时,的贮热量应根据选用的辅助加热设备的类型、工作方式,按照现行建筑给排水设计规范GB50015- 的要求计算。3)当40% ,太阳能热水系统宜设置一个贮热水箱(罐),辅助加热设备可内置其中,太阳能与辅助热源联合加热。4)当40% ,太阳能热水系统宜设置两个贮热水箱(罐),太阳能热水先进入贮热水箱(罐),辅助加热设备设置在供热水箱(罐)中,利用太阳能将冷水预热,在送入供热水箱(罐),由辅助热源加热至设定温度。2.热水箱的选用。选用的热水箱除应满足建筑给排水设计规范GB50015- 的规定外,还应符合下列要求:1)钢板焊接的水箱,水箱内外壁均应按设计要求做防腐处理。内壁防腐涂料应卫生、无毒,
12、且应能承受所贮存热水的最高温度。2)内置电加热的水箱内箱应作接地处理,按地应符合现行国家标准电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50169的要求。3)水箱应进行检漏试验,试验方法应符合建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB50242- 的相关规定。4)水箱保温应在检漏试验合格后进行。水箱保温应符合现行国家标准工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准GB50185的要求。3.热水箱(罐)的设置应符合下列要求:设置热水箱除应满足建筑给排水设计规范GB50015- 的规定外,还应符合下列要求:1) 热水箱(罐)宜设置在室内,采用分散太阳能热水系统时,宜设置在卫生间、厨房、储藏间、阳台、阁楼、
13、楼梯等位置,有条件也可设置在为其单独设计的设备间;采用集中太阳能热水系统时,宜设置在地下室、屋顶层的设备间、技术夹层中的设备间或为其单独设计的设备间内。其位置应保证其安全运转以及便于操作、检修。2) 设置热水箱(罐)的位置应具有相应的排水、防水措施。3) 热水箱(罐)基座必须设在建筑物承重墙(梁)上,并预留固定用预埋件。预埋件与基座之间的空隙,应用细石混凝土填捣密实。4) 热水箱(罐)应用地脚螺栓与基础连接牢固。4.2.7 强制循环集热系统循环泵计算:1.集热循环泵流量按下式计算; ( 4.2.7-1)式中 循环泵流量(L/s); 单位采光面积集热器对应的工质流量(L/s),应按集热器提供的工
14、作流量确定,也可按照经验值0.0150.02(L/s)估算(该值是对应采光面积进行集热器效率测试时规定的流量范围)。2. 开式太阳能集热系统循环泵扬程按下式计算: (4.2.7-2) 式中 循环泵扬程(kPa); 集热循环管道沿程与局部助力损失(kPa); 集热器间接换热设备的助力损失(kPa),按相应的间接换热设备取值; 循环流量流经集热器的阻力损失(kPa),=; 单块集热器阻力(kPa),应根据实测曲线按照实际工作流量确定,也可按照经验值1 kPa估算(该值对应的单块集热器采光面积约2); 集热循环系统中产生阻力的集热器块数,即集热器组中串联集热器最多一组的块数; 集热器与贮热水箱之间的
15、几何高差(kPa); 为保证换热效果的附加压力(kPa),=2050(kPa)。3. 闭式太阳能集热系统循环泵扬程按下式计算: (4.2.7-3)4.2.8 间接太阳能热水系统的换热设备根据水质硬度、冷热水系统压力平衡要求、系统型式、系统大小等条件,经技术经济比较后选择。1)水质总硬度大于150mg/L(以CaCO3计),冷热水压力平衡要求较高的系统宜选择半容积式、导流型容积式水加热器。2)水质总硬度小于150mg/L(以CaCO3计),且冷热水压力平衡要求低的系统可选择快速水加热器或半即热式水集热器。3)换热设备的换热面积按下式计算: (4.2.8)式中 换热设备的换热面积(); 集热系统的
16、换热量(W); 太阳辐照度时变化系数,一般取1.5 1.8,取高限时有利于太阳能利用; 年平均日日照小时数(h/d) 传热系数(W/),参考值见表4.2.8所示; 由于水垢和热媒分布不均影响热效的系数,一般为0.60.8; 热媒与被加热水的计算温度差(),可按510取值; 集热系统热损失系数,一般为1.11.2。表4.2.8 换热设备的传热系数参数值类型容积式水加热器导流型容积式水加热器半容积式水加热器半即热式水加热器板式换热器(W/)3804106801500810250016002100 3000注:1.当设备厂家能提供经测试的值时,应以厂家提供的值为依据。 2.当参数上表选用值时,可依据
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