长庆油田太阳能热水系统工程(卫生服务中心).doc

第一章、工程方案设计说明一、设计方案主要考虑的几个问题鉴于该太阳热水系统用于医院供应用水，因此系统应为24时使用，该太阳能方案设计应充分考虑下列因素，科学设计太阳热水系统，使其达到合理、可靠、先进。（1）系统应保证能够全天24小时满足正常热水使用。（2）系统将配置电辅助加热，以解决阴雨天或太阳能不足时的热水供应问题。（3）系统设计应考虑优先利用太阳能源加热热水；当太阳能不足时，再利用电辅助能源补充热能，以达到节能降耗的目的。（4） 系统处在银川，冬季寒冷结冰。因此应充分考虑太阳能及管路的冬季防冬问题。（5） 要综合考虑场地结构和位置，合理设计太阳能设备的放置位置。（6） 太阳能系统的摆放和布局方式应巧妙设计，以解决太阳能太阳能系统的布局与摆放应与周围的建筑物相协调问题。（7） 太阳能系统应可靠、耐用、方便管理。（8） 在保证工程质量的前提下，尽可能降低工程造价，提高太阳能工程的性价比。二、太阳能热水器相关国家标准1) 家用太阳热水系统技术条件GB/T19141-20032) 平板型太阳能集热器GB/T6424-20073) 太阳能集热器热性能试验方法GB/T4271-20074) 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB 50364-20055) 家用太阳能热水系统热性能试验方法GB/T18708-20026) 家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范NY/T651-20027) 太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T18713-20028) 建筑给排水设计规范GB50015-20039) 建筑结构荷载规范GB50009-200110) 设备及管道保温技术通则GB4272-9211) 家用太阳能热水器储水箱NY/T514-200212) 家用太阳能热水器电辅助热源NY/T513-2002三、主要参数（1）气象参数年均太阳辐照量：6053（MJ/.a）年均日照时数：2999h太阳能保证率：65%年平均日照小时数：8.3h年平均气温：8.49.9年最低平均气温：-19.423.2年最高平均气温：32.436.1月平均气温大于10以上时，全年日照时数大于等于6h 天数约270天左右。基础水温：地面水温度4，地下水温度10。（2）热水设计参数日最高用水定额：140L/（床位d）日平均用水定额：取每日最高用水定额的50%，70L/（床位d）设计热水温度：55设计冷水温度：10（3）常用能源费用电费：0.45元（kwh）（4）太阳集热器性能参数集热器类型：平板太阳集热器集热器规格：2000mm1000mm第二章、工程方案设计一、工程概况（1）建筑说明本项目位于银川市兴庆区长庆油田燕鸽湖基地，北纬38.29度，东经106.27度，海拔高度1112m ，属于我国太阳能资源丰富地区。该项目为公共卫服务医院，共6层；共有病房65间，每间都有独立卫生间。（2）热水供应设计意图根据楼盘实际情况及甲方设计要求，本工程太阳能热水系统设计为集中供热水系统，间接式系统，24小时全日供应热水，采用标准化商业太阳能集热系统+电辅助加热系统，双水箱，贮热水箱和供热水箱。太阳集热器使用专用安装支架固定于屋顶；水箱等设备安装在专用的设备机房内；辅助热源为电加热，放置在供热水箱内。二、系统选型及运行原理说明本系统循环方式采用强制循环系统是利用温差控制器和循环泵使系统根据集热系统得热量多少强制循环传热工质加热的系统。系统由循环泵驱动强制循环。控制方式以温差控制方式为主。本系统采用双水箱恒定水温连续加热式供水方式。运行原理如下：集热板与供热水箱采用强制循环方式连接，换热器、电加热安装于供热水箱内。贮热水箱用于集中和贮存供热水箱所产生的热水。当温控器T1处温度高于55度电磁阀WE打开自来水进入供热水箱，同时将热水推到贮热水箱内，当温T2处温度底于55度电磁阀WE关闭，自来水不再进入供热水箱，供热水箱停止向贮热水箱供水。本系统的特点：恒温供水，贮热水箱内任何时候都贮存有55度的热水，可实现随时使用热水的需求。提高能源利用率，由于电加热置于供热水箱内，并且集热器所对应集热面积远远大于供热水箱应配备的集热面积，相对传统热水系统减少电加热的使用次数，节电比率大大提高。39 太阳能系统原理图第三章 重要项校核计算及说明 1、热水系统负荷计算（1）用水人数共有65个病房，按每个房间以2个床位计算，共130个床位。（2）系统日耗热量、热水量计算系统日耗热量日耗热量计算公式如下：式中：取qr=140L/(床位d）；c=4187J/(); =1/L; =55；10；m=130床位。代入公式，则39.68KW系统设计日用热水量m则18200L/d系统平均日用热水量取70L/(床位d）代入公式 m则9100L/d 2、设计小时耗热量计算 设计小时耗热量，W 热水用水定额L/(床位d）用水人数，取130人；水的比热容，KJ/(kg)，取4.187热水密度，kg/L，取1.00 所需热水温度，取55冷水温度,取10；小时变化系数，取3.54经计算得：140KW3、集热器采光面积计算（1）直接系统集热器总面积可按下式计算（公式1）式中： 直接系统集热器总面积，； 日均用水量，取9100； 水的定压比热容，KJ/，取4.187KJ/； 储水箱内水的终止温度（用水温度），取55； 水的初始温度，取10； 当地集热器采光面上的年日均辐照量KJ/，银川取16583KJ/； 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%，银川取65%； 集热器的年平均集热效率；根据经验值宜为0.250.55，具体根据本公司产品的实际测试结果而定，取0.55； 贮水箱和管路的热损失率；根据经验为0.100.20，取0.20；经计算得：=153。（2）间接系统集热器总面积可按下式计算（公式2）式中： 间接系统集热器总面积，； 集热器总热损失系数，W/（）；对平板型太阳能集热器，宜取46 W/（），取4.0 W/（）； 换热器传热系数，W/（），取150W/（）； 换热器换热面积，；公式3计算得：27.22 直接系统集热器总面积，；公式1计算得：153。经计算得：=162，实际安装面积取168。（3）公式2中，换热器换热面积换下式计算（公式3）式中： 热水系统的热损系数，=1.11.2，取1.2； 太阳能集热系统提供的热量，W，公式4计算得：50899W； 结垢影响系数，=0.60.8，取0.8； 换热器传热系数，W/（），取384W/（）； 一般可根据集热器的性能确定，可取510，取5；经计算得：=27.22。（4）公式3中，太阳能集热系统提供的热量可按下式计算（公式4）式中： 太阳辐照度时变系数，一般取1.51.8，取高限对太阳能利用率有利，取1.8； 太阳能保证率，按照太阳能实际保证率计算，银川取65%； 日均用水量，kg，取9000kg； 工质的定压比热容，30%的水乙二醇水溶液取3.254KJ/（）； 工质密度（kg/L），30%的水乙二醇水溶液取1.04； 储水箱内水的终止温度（用水温度），取55； 水的初始温度，取10； 年平均日日照小时数，h，银川取8h；经计算得：=50899W。结论：根据实际安装情况和上文中公式计算结果，集热器实际安装面积168，安装平板太阳能集热器84块。4、贮热水箱有效容积计算Vm式中V 贮热水箱有效容积； 水的密度（kg/L），取1.04；m 系统日均用热水量，本章1.2.3系统平均日用热水量计算结果得：9000 kg；经计算得：Vc9000L5、供热水箱有效容积及换热面积计算本系统设计每半小时供热水箱向贮热水箱输送一次热水，银川日均日照时间为8小时，即供热水箱将集热器日均得热量分为16份分别送到贮热水箱内。由此可得供热水箱有效容积：Vg=Vc/(8*2)Vg=9000L/16562.5L，实际应用中取600L供热水箱换热面积：/(8*2)27.22/161.7m26、辅助加热确定辅助能源的负荷应根据太阳能完全不起作用时，靠辅助热源能够满足热水使用设计。假定按加热时间为4小时计算，辅助热源加热效率按80%计算，冷水温度按10热水计算，则辅助热源功率应为：热水系统加热器的设计小时供热量，W；热水系统设计小时耗热量，W；取8750有效贮热容积系数，取0.75；总贮热容积，600L；T辅助加热量持续时间，h，取4；热水温度，取55冷水温度,取10；经计算得：2862W建议选用2根1.5kw的电热管，共计3kw。7、太阳集热器的定位太阳集热器与建筑不同方位偏差12度，为偏东南30度；公式：S=+10度S：集热器安装倾角；：当地纬度；S=38+10度=48度.取45度。第四章、太阳能热水系统安装方案一、太阳能系统的设计安装需要与使用单位协商考虑以下方面的问题。1、贮热水箱的摆放位置与基础预留贮热水箱的容积应为9m3，装满水后总重量为9t左右。贮热水箱具体位置应由用户方和太阳能方协商确定,以确保水箱承重安全。2、太阳能监控线预留建议在太阳能系统上设置一套监控柜，以控制和监视太阳能系统的自动运转，并随时可以看到太阳能温度、水箱温度、管路温度、水箱水量等重要参数。因此需要用户确定监控柜放置位置，并在楼顶与监控位置之间预留一个穿线管，穿线管的内直径不小于20mm。监控室的位置需要由用户方和太阳能方沟通后确定。3、洗浴热水管路的预留应将热水循环管路预留至太阳能贮热水箱附近，使用热水型PPR管。4、冷水供水管预留预留一根冷水上水管至太阳能供热水箱处。 5、集热器支架集热器支架采用角钢、方管、槽钢等现场焊接，外做防腐处理。二、系统配置选择根据客户需求，我们推荐以下型号热水器：项目相关技术参数整机规格型号品牌产地YT1005 2000100085天润光科宁夏平罗贮热水箱水箱容积外形尺寸内胆材质备注9000L150020003000304不锈钢设计寿命在二十年以上供热水箱水箱容积形尺寸内胆材质内胆换热方式600L10006001000304不锈钢盘管支架项 目使用材料材料厚度防腐工艺技术参数角钢4#表面喷塑集热器项目规格型号品牌产地备注分类2000100085天润光科平罗设计寿命在二十年以上项目板芯吸收率板芯发射率外框材料分类96%5.00%铝型材集管规格/材料排管规格/材料22mm/紫铜管10mm/紫铜管项目吸热板材料板芯吸热体涂层底板材料分类铝板磁控溅射-蓝钛膜镀铝锌板项目盖板材料保温材料额定压力分类超白布纹钢化玻璃聚氨酯+岩棉 0.6Mpa 太阳能系统布局图第五章 产品优势简介1平板集热器的三大技术瓶颈 第一、太阳能集热板的镀膜技术。 目前主要有两种：（1）镀黑铬。其特点是吸收率可达到94%，但发射率高在1020%，寿命在15年左右；（2）蓝钛膜，其特点吸收率可达到96%，发射率在58%，寿命在30年左右；目前国内蓝钛膜主要靠进口。我公司采用高效率“蓝钛”板芯。 第二：集热板和铜管的焊接技术。目前有两种工艺： 超声波滚焊优点：焊接牢固，热阻小，传热性能好；缺点：每道焊缝有2的膜层损坏 激光焊接优点：属于点焊接，对膜层无损坏缺点：点焊牢固度差，热阻相对比较大我公司采用焊接牢固、热阻小、传热性能好的超声波焊接。 第三：集热器的保温太阳辐射能量的吸收和集热器的散热之间有个平衡点，当保温不好散热量大，集热器整体温度低导致水箱加热过的水温低。特别是在我们西北地区，冬季气温较低，所以保温就显的尤为重要。保温措施中真空保温效果最好，其次是聚氨酯发泡保温（导热系数在0.02左右），但聚氨酯不耐高温，在150180时就碳化，而集热器空晒时温度可达300左右，很容易使聚氨酯碳化，失去保温效果。我公司的集热器底部采用聚氨酯，上部采用岩棉或玻璃棉，不但保温效果好而且还能耐空晒高温。在同样环境条件下使用我公司双层保温的集热器会比一般类型的集热器温度高至少10度。2产品选材及性能优势 2.1集热板蓝钛集热板，太阳辐射能量吸收率在94%；发射率在58%；与基体附着力好；抗老化、抗衰减性好，外层镀1到2层陶瓷，耐候性好。 2.2铜管22半硬状态和10硬状态的紫铜管，导热性好，强度硬度高，耐腐蚀性好。 2.3边框高强度铝合金外壳;低阻光滑的设计最大可能的减低高风速和厚积雪的影响;采用一次性高强度榫卯结构高压成型封装，完全密封,无铆钉连接，不易生锈、经久耐用；无结构性气渗漏可能，提供最好的保温性能；采用高承压铝合金 2.4底板采用镀铝锌板或压花铝板，耐腐蚀耐候性好。 2.5保温采用聚氨酯与岩棉或玻璃棉复合保温，保温性能好，又耐空晒高温。 2.6 22铜管内丝接头使用我公司独创技术：在22铜管出口焊接了铜管内丝接头，并与边框固定，便于安装，又不损坏集热芯，并且工质口密封性好。 2.7盖板采用超白布纹钢化玻璃，超白是含铁量低8以下，透光率高91%以上；布纹增加透光面积；钢化增加玻璃强度和硬度，破损成颗粒状。 3天润平板集热器技术优势a、集热板太阳辐射能量吸收率高962%；发射率低52%;附着力好，抗老化、衰减性好（老化性能检测380保温48小时，吸收率下降0.2%左右）；耐候性好（镀有12层的陶瓷保护层）。 b、保温性能好，采用复合材料保温，保温好又能耐空晒高温；（我们在公司试验场试验结果，复合保温比非复合保温水温高10以上） c、制作工艺先进，整体式吸热板，质量有保证； d、使用寿命长，实现减免维护；（美国（BOMN）能源技术集团所产平板式太阳能，在我国驻美领事馆对面居民小区安装了13幢楼，从1982年到现在，还在正常使用）。4.储水箱性能优势水箱内胆采用SUS304-2B食品级不锈钢材料，厚度2mm，防腐焊接工艺加工，保温材料为聚氨酯发泡处理，进口设备于恒温状态下一次发泡成型，保温层厚度50mm。水箱外壳材料为新型抗氧化彩钢板或不锈钢，耐腐蚀和抗氧化效果理想、做工精湛、外形美观亮丽、豪华。5 循环系统循环管路与管件采用耐高温铝塑管和PPR管道。6 控制系统采用我公司研制生产的定温智能微电脑控制系统，可实现水温、水位、电辅助加热自动控制、自动用热水等功能。7 支架系统采用优质进口镀锌板材料制作的支架，表面采用静电喷涂技术进行喷塑处理，喷涂料是具有防紫外线功能和防老化功能的聚酯漆，漆层致密均匀，防腐蚀能力强，大大提高了支架的整体寿命。为提高支架的整体寿命，在设计时统筹考虑，连接螺丝、垫片等等每一个小部件都采用不锈钢材料制作，有效防止了连接处的腐蚀隐患。支架的超厚板材和防风设计也提高了抗风能力。真空管太阳能集热器和平板太阳能集热器的比较项目真空管太阳能热水器平板太阳能热水器（天润光科蓝钛板）热效率较低，40%较高，95%以上整板热损低低透光性82%91%集热材料玻璃材质，没有回收利用价值，不环保。全紫铜材料，表面采用世界先进的镀铬涂层或镀钛涂层，可回收，环保。承压性能玻璃管，不承压金属管连接，承压0.6MPa热循环介质自来水去离子水和防冻液防结垢、下端密封，易结垢，排污困难不易结垢，方便排污防冻性能不防冻防冻，零下40度不结冻安全系数易碰坏、易炸管。表面玻璃钢化处理，强度超过300KG/，相当于1平方米玻璃上承受5-6个人。产品与建筑结合相对较差，工程上难度较大无论从整体外形、结构强度及规格尺寸均适合与建筑相结合，真正意义上做到了太阳能与建筑一体化。集群使用可能性低，单管爆裂，整个系统崩溃金属管连接的承压系统，集群使用的最好选择美观度相对较差，没有保护层 。造型美观、人性化设计、无视觉污染 。可安装性仅安装在屋顶上。可安装在阳台、墙壁、雨棚、窗台、车库顶、地面、屋顶上，安装方便简单。水温夏天60摄氏度以上，冬天35摄氏度左右。夏天75摄氏度以上，冬天45摄氏度以上。防电安全性采用常规“热得快”，长期使用容易漏电，安全无保障。全方位防电墙技术解决漏电隐患，确保洗浴安全。内胆采用普通不锈钢内胆，内胆易腐蚀。采用全不锈钢316L为原材料，激光焊接技术，搪瓷内胆，寿命更长久。电加热节能设计采用大功率设计，比普通电热水器更耗电。电控系统的时段恒温功能使其比普通电热水器节70%-80%。保温水管普通PPR管道，保温性以及耐老化程度较差。建筑预埋专用保温管，三层保护，保温性更好，耐老化使用寿命长。全自动控制器一般没有时间设置，需要用热水时再启动电加热。可设置任意时段辅助加热，如：用电时可采用定时设置利用低谷电加热；用气亦如此。多用途无1+2双取暖，1+5家庭能源站平均寿命8年20年以上第六章、工程安装施工的保证措施2、太阳能系统安装布局设计：1）集热器与储水箱的布置储热水箱与集热器连接时尽可能缩短管路的距离，以便减少因循环而带来的管路热损、降低因管路长而带来的阻力损失。2）储水箱定位：按实际需要安装在阳台内侧的承重墙上（需甲方确认加强水箱安装处的承重基础）。在靠近水箱安装位置处需要有方便连接水箱的电源插座（须满足功率为1500W辅助加热器使用）、冷水管、热水管，并且附近有能够排水的地漏。3）集热器的基础固定与布置：平板集热器透明盖板朝向正南或东南、西南方向，以便最大化提高太阳的利用率。支架安装在南阳台外面的承重墙上。4）系统的调试：太阳热水系统调试：按水箱控制说明书进行操作。系统管路调试：系统内注满水运行检查是否有漏水现象。最后检查确认：反复试验确认运行正常为止，最后把各连接件及管路部分用保温管进行保温处理。注：系统验收完，递交使用说明，及对使用单位进行系统的使用与调试培训。3、设计总体说明1）、系统集、供热形式采用定温补水+条件温差循环集热，自来水进入储水箱后，由集热板吸收热量，当达到我们预设的水温以后，换热电机自动启动，通过专用太阳能循环液为介质，用强制循环方式进入储水箱内设置的换热器，达到与储水箱内自来水的换热目的。如此反复，最终将储水箱内的冷水变为热水。使水箱内的水温不断升高。这也是目前国内最领先、最节省的技术方案。用户终端热水的供应，由太阳能供热储水箱直接供给。通过自动增压泵自动增压，保证每个终端用户的用水压力，并设置末端回水控制功能，保证主管道热水温度恒定在一定范围内，打开龙头最短时间内即出热水。2) 、系统控制方式控制系统实现全天候、全中文节能型控制系统。对太阳能定温集热、温差循环、电加热辅助加热、自动上水、防冻循环等开启停止均实现全自动控制，无需专人值守。控制系统可以任意设置水温、水温参数和水温循环的参数并具备高低温限。高低水位故障报警功能，控制器设置有水温、水位温度显示仪表并具备自动运行控制和手动运行两种模式。3）、系统换热方式 双水箱设计，A水箱为贮热水箱，较大，以满足热水储备，B水箱为供热水箱，水箱较小，内设电加热，B水箱容量小，水温能够迅速的提升到预定标准，然后通过温控将热水储存在A水箱中，当A水箱中的热水水温下降时，可通过回流使冷水进入B水箱重新加热，王府循环，确保24小时热水不间断。4)、定温集热控制当集热器温度传感器T 达到预设的55时，即T55，控制系统启动集热器换热循环泵F，当T50时，集热器换热循环泵F自动停止运行。如此往返动作，直至将储水箱内的自来水加热至设定温度。而在阴雨天气，集热器很可能达不到55，T 温度值高于设定的55时，连续15分钟（此值可设），不能达到55。系统自动启动补温到30，然后再由电辅助加热储水箱的水温至预设的55，由于此时基础温度已经由太阳能提高到30。电辅助加热的时间和储水箱的所需的加热量就大大的减少，实现了节能最大化的目的。5）、条件式温差循环储水箱已经积满热水仍然有阳光。当集热器温度传感器T 与储水箱温度传感器T温差10时，集热器换热循环泵F自动启动，进行温差换热循环，以防止集热器内专用太阳能循环液过热或沸腾并提升储水箱水温。6）、电辅助加热控制系统系统电辅助加热由储水箱温度传感器T 自动检测储水箱的温度。当储水箱温度50时，系统便自动开启电辅助加热系统。当储水箱温度预设定的温度上限60时，电辅助加热系统则自动终止运行。7）、热水供水回路循环系统供水泵选用自动压力泵，实现用水终端用水的水压保障。当热水回水管道温度传感器T温度35时，控制器启动末端回水电磁阀，同时虽着管道压力降低，供水泵自动运行，将主管道的凉水顶回储水箱。当回水管道温度传感器T45时，末端回水电磁阀终止运行。同时虽着管道压力提高，供水泵自动终止运行（注：回水温度上、下限温度可设定）。8）、安全防护配置系统中安装的所有材料都可在高温下正常运行，并设有防过热措施：最低水位保护-当水位20%时，系统自动启动自来水补水阀，维持水位不得低于该值，用户可以根据实际使用情况，任意设置该值。防干烧-当水箱水位5%时，系统启动防护程序，此时，循环泵、供水泵和电加热均停止运行。由于系统具备最低水位保护功能，该功能很少能够应用得到，除非较长时间停水状态下。9）、系统保温系统为确保系统安全可靠运行并最大化节省能源，集热循环管路和热水管路全部配有厚度为50mm的聚氨酯保温层，外表采用锡箔纸防护。同时还采用电伴热带的双重措施，保证在冬季低温条件下正常运行，能满足在零下35环境不出现故障。第七章、经济效益分析太阳能系统与电锅炉加热经济效益分析（仅供参考）本地区属于国内日照资源丰富地区，全年晴好天气300日左右，阴雨天或阳光不足时采用电辅助加热系统，电加热系统按照每年65天机算。1、 太阳能系统的年运行费用（以10T为例） 集热循环泵年运行费用：集=0.4kw5h365d1元/kwh=730元/年 供热水泵年运行费用：供=0.4kw8h365d1元/kwh=1168元/年 电伴热带年运行费用：伴=0.1kw6h90d1元/kwh=54元/年 电辅助加热年运行费用：电=60kw5h/d30d1元/kwh=9000元/年（以阴雨天每年一个月为例）经计算，太阳能系统全年运行总费用合计约为10952元。2、 采用电锅炉热水年运行费用（与天燃气运行费用相比）：根据前面10T水计算，需用电：电=60kw7h/d365d1元/kwh=153300元/年，全年下来就是15万元电费，还要加上设备费、人工费、保养费等，费用巨大。3、 结论根据以上计算对比，太阳能系统每年至少可节约费用大约14万元，太阳能系统带来的经济效益和环保效益是不言而喻的。 综上所述，太阳能系统属于无污染、清洁且可重复利用的能源系统，相对安装前，该系统每年可减少燃油或煤炭常规能源用量。减少CO2排放，减少烟尘排放。环保效益不可估算，太阳能系统是高效、安全、环保、节能的新型系统。是我们应该首选的热源或供热水系统方案。第八章、售前、售后及工程安装优势售前l 售前根据客户规划