太阳能热利用工(热水系统)

1、太阳能热用工太阳能热水系统窦建清138123459812012年5月一、太阳能热水系统的分类和优缺点对比二、太阳能热水系统设计的一般原则三、太阳能热水系统的设计实例四、太阳能热水系统的安装和试运行五、太阳能热水系统的维护和保养一、太阳能热水系统的分类和优缺点一、太阳能热水系统的分类和优缺点太阳能热水系统应遵守的国标太阳热水器系统设计、安装及工程验收技术规范 GB/T 18713-2002太阳热水系统性能评定规范 GB/T 20095-2006民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 GB/T 50364-20051、太阳能热水系统的定义 将太阳能转换成热能以加热水的装置。通常包括太阳能集热器、贮水箱

2、、泵、连接管道、支架、控制系统和必要时配合使用的辅助能源。GB/T 50364-2005 太阳热水系统主要由太阳集热系统和热水供应系统构成，主要包括太阳集热器、储热水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器和水泵等设备和附件。太阳集热系统是太阳热水系统特有的组成部分，是太阳能是否得到合理利用的关键。热水供应系统的设计与常规的生活热水供应系统类似，可以参照常规的建筑给排水手册进行设计。2、太阳能热水系统的分类GB /T 18713-2002 按集热器的循环方式分为三种形式：自然循环系统、直流式系统、强迫循环系统。自然循环系统：是指利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差所形成的自然对流进行循环的太阳

3、热水系统。在自然循环系统中，为了保证必要的热虹吸压头，储水箱应高于集热器上部。这种系统机构简单不需要附加动力。直流式系统：传热工质一次通过集热器加热后，便进入储水箱或用热水处的非循环太阳热水系统，储水箱的作用仅为储存集热器所排放的热水。直流式系统一般可采用非电控温控阀控制方式及温控器控制方式。强迫循环系统： 利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器（或换热器）进行循环的太阳热水系统。强迫循环系统通常采用温差控制、光电控制及定时器控制等方式。2、太阳能热水系统的分类GB /T 20095-2006 按热水系统的4种特征进行分类，每种特征又分为23种类型序号分类特征系统类型类型1类型2类型31

4、按储热水箱内水被加热的方式直接系统间接系统-2按传热工质流动方式自然循环系统直流式系统强制循环系统3按传热工质与大气相通状况分类敞开系统开口系统封闭系统4按系统有无辅助热源分类无辅助能源的独立系统带辅助热源系统敞开式系统：传热工质与大气有较大面积接触的太阳能热水系统，接触面主要在储热装置的敞开面。开口式系统：传热工质与大气的接触仅限于补给箱和膨胀箱的自由表面或排气管口的太阳能热水系统。封闭式系统：传热工质与大气完全隔离的系统。GB/T 50364-2005 根据太阳能热水系统供热水的形式又把热水系统分为：集中供热水系统；集中-分散供热水系统；分散供热水系统。集中供热水系统：采用集中的太阳能集热

5、器和集中的储热水箱，供给一幢或几幢建筑物所需热水的系统集中-分散供热水系统：采用集中的太阳能集热器和分散的储热水箱，供给一幢建筑物所需热水的系统分散供热水系统：采用分散的太阳能集热器和分散的储热水箱，供给各个用户所需热水的系统 有辅助热源热水系统根据加热方式的不同又可以细分为：内置式直接加热方式、内置盘管换热器加热方式、外置换热器加热方式、外部辅助热源直接加热方式。 目前为了辅助能源还专门制定了新的国家标准GB/T 23889 家用空气源热泵辅助型太阳能热水系统技术条件GB/T 25967-2010 带辅助能源的家用太阳能热水系统热性能试验方法GBT 25966-2010 带电辅助能源的家用太

6、阳能热水系统技术条件 我们还可以根据热水使用情况分类，可以分为：间歇式供热水系统和连续式供热水系统。间歇式供热水系统主要供应那些定时用热水的单位，例如部队、学校、工厂等；连续式供热水系统指那些24小时连续使用热水的系统，例如医院、宾馆、酒店、生产线等。开式集热器、开式水箱，辅助能源间接加热的直接热水系统开式集热器、开式水箱，辅助能源直接加热的直接热水系统开式集热器、开式水箱，辅助能源间接加热，通过内置盘管换热器换热的间接热水系统开式集热器、开式水箱，辅助能源直接加热，通过内置换热器换热的间接热水系统开式集热器、开式水箱，辅助能源直接加热，通过外置换热器换热的间接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅

7、助能源间接加热，直接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅助能源直接加热，直接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅助能源间接加热，直接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅助能源直接加热，直接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅助能源间接加热，通过内置盘管换热器换热的间接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅助能源直接加热，通过内置盘管换热器换热的间接热水系统闭式集热器、闭式水箱，辅助能源直接加热，通过外置换热器换热的间接热水系统闭式集热器、开式水箱，辅助能源间接加热，间接热水系统闭式集热器、开式水箱，辅助能源直接加热，间接热水系统直流式系统是利用控制器使传热工质在自来水压力或其他附加动力作用下，直接流过集热器加热的系

8、统。直流式系统一般采用变流量定温放水的控制方式，当集热系统出水口温度达到设定温度时，电磁阀打开，自来水经集热器后把集热系统中的热水顶入储热水箱中；当集热系统出水口温度低于设定温度时，电磁阀关闭，补充的冷水停留在集热系统中吸收太阳能被加热。通常采用的自然循环系统一般可分为两种类型：自然循环式和自然循环定温放水式。自然循环定温放水式是自然循环式热水系统的改进，它把自然循环系统的储热水箱分成两个水箱，用来集热循环的水箱体积较小，比较容易加热，待小水箱温度达到设定温度时再放到大水箱中，它的大水箱中一直是热水。这两种系统的水箱都要高过集热器。联集管集热器式太阳能热水系统 真空管型联集管集热器可以分为竖插

9、管集热器、单排管和双排管横插管集热器 横置式联集器只能做上下串联，东西并联。而竖置式联集器只能做东西串联，前后并联，1当光照充足而水箱内尚未储满热水时，系统为定温出水运行，当集热器出口温度T2（温度传感器2）达到设定值时，控制系统打开电磁阀1，自来水进入管路，把高温水顶入水箱，当出口温度T2低于设定温度时，控制系统关闭电磁阀E1，系统吸收太阳热量储存于集热器内水中，使水温继续升高。2当水箱内水位达到设定位置时（水箱已满）或水箱内水温低于使用温度T3时，控制系统打开管道泵P1，实现储热水箱内水的定温循环（水箱内水先升温）。3冬天联集管内水温度T2降低到一定值时，系统会打开水泵P1将热水（或打开电

10、磁阀E1将自来水）推进联集管，防止冻坏联集管。4、在用水过程中系统通过热水管道和管道泵P3，把热水通过管网送到用户的各个用水点（水龙头或洗脸盆）,如P3为变频控制可以实现恒压供水，打开电磁阀E3,可实现管道的定温循环。5打开E2,关闭E1,可以实现对水箱的快速上水。6通过管道泵P2和板式换热器可以实现对水箱的辅助加热。二、太阳热水系统设计的一般原则GB/T 50364 规定的太阳能热水系统技术要求，其他要求可以参考国标中的具体条款。二、太阳热水系统设计的一般原则1、系统计算1.1、选择合适的热水系统1.2、计算系统的热水使用量和系统热量1.3、根据气象和自然条件计算出集热器轮廓面积1.4、根据

11、建筑物和欲安装区域日照条件核实集热器的轮廓面积1.5、根据热水系统使用条件，设计辅助能源系统及其功率。1.6、设计储热水箱的容积1.7、建筑物承载能力校核2、系统设计2.1、系统运行原理图设计2.2、集热器安装基础图和支架图纸设计2.3、储热水箱形状和各管道接口及水箱安装基础的设计及验算2.4、管路系统的设计2.5、控制系统的设计和设备选型。2.6、避雷系统及安全保护系统和维护通道的设计2.7、建筑物外观保护和防水系统的设计二、太阳热水系统设计的一般原则1.2、用水量和热量的计算国家有关部委有定额标准，但该标准比较高，一般很难实现。我们一般在设计时按照普通单位人均50kg热水，星级宾馆人均80

12、100Kg的原则执行。如果甲方有特殊要求，再单独考虑。根据单位用水量和单元数，求出总用水量。只有计算出了热水需求量，才能进行其他计算，这是所有设计计算工作的基础。计算出热水量后再根据自来水的初始温度和需要的热水温度计算出需要的热量加热热水需要热量的计算计算公式：Q=CMt式中各符号的意义：Q:需要的热量。单位千卡或兆焦C:水的定压比热容，数值为：1卡/克.度，或4.18焦耳/克度，M：水的质量，单位千克t：水的温升，单位为度例如：10吨水温升30度需要的热量是Q=10100030=300,000(千卡)或Q=4.1810100030=1,254,000(千焦耳)1.3、集热器集热面积的计算（G

13、B/T 50364)()(1)wwendicTcdLQ CttfAJ实际上这个公式存在很多问题1、很多参数都让我们在很大范围内选择，几个不确定的参数乘起来后造成的误差是很大的。2、太阳能保障率选择多少合适，是年保障率，还是日保障率？因为每个地区的太阳都不是365天都有的，太阳的实际保障率就是小于1的，即使我们每个晴好天气的保障率都是100%，其实际保障率还是小于100%的。3、JT当地集热器采光面上年平均太阳辐照量也有很多问题。年平均值会和我们的实际值差很大。1.3、集热器集热面积的计算记住“2”“8”定则-你就知道平均值的不可靠性季节水初温终温温升需要能量MJ春季101550401674.7

14、2夏季2050301256.04秋季101550401674.72冬季550451884.06为了计算准确，应按不同的季节分别计算，因为不同季节太阳的辐照量不同，自来水的初温不同，环境温度不同，风速不同，热量损失也不同。根据不同季节计算出集热面积后，再根据情况选择。设计的原则是：春秋季节应基本满足100%保障率，冬季低于100%，夏季略有富余。不同季节产生10吨50 热水所需要提供的能量季节水初温终温温升需要能量MJ辐照量MJ/集热面积春季101550401674.7220167.5夏季2050301256.0423109.2秋季101550401674.7220167.5冬季55045188

15、4.0617221.7不同季节产生10吨50 热水所需要提供的能量和集热面积 分不同季节计算太阳能集热器的面积时，统一把太阳能保障率定义为100%，系统的效率按照集热器轮廓面积的效率进行计算，太阳辐照量按照晴好天气的辐照量取值。（三）:辅助能源的计算1：根据上面计算的能量，我们以在最恶劣的情况下4小时内把用户所需热水加热到满足使用条件的原则来选择各种辅助能源。以电加热为例，其计算公司为：P=0.00116Mt/T式中各符号意义M:水的质量，单位Kgt：水的温升，单位为度T:加热时间，单位小时P:电功率，单位Kw冬天太阳曝辅量按每天17MJ/m2计算，热水器效率按50计算，得到冬季不同热水量不同

16、温升时的联集管系统面积，表中的数据为m2，实际设计时要乘以85。温升123 4.0 5.0101520501002010 20 29394998 147 1964909802512 25 374962 123 185 246615 12303015 30 445974 148 222 296740 14803517 34 526986 172 258 344860 17204020 39 597999 197 296 394985 19704522 44 6688 111 221 332 442 1105 22105025 49 7498 123 246 369 492 1230 246055

17、27 54 81 108 135 270 405 540 1350 27006030 59 89 118 148 295 443 590 1475 2950水量（吨）（冬季）2辅助电加热功率的计算1：计算公式：Q=CMt式中各符号的意义：Q:需要的热量。单位千卡或兆焦C:水的比热容，数值为：1卡/克度，或4.18焦耳/克度t：水的温升，单位为度例如：10吨水温升30度需要的热量是Q=10100030=300,000(千卡)或Q=4.1810100030=1,254,000(千焦耳)2：电能转换成热能的计算方法电功率：单位为:KW，电能：单位为:千瓦时（度）1千瓦时（度）3.6兆焦861千瓦按4

18、小时电加热时间计算的电功率表格水量(Kg)温升 热能(MJ)电能(kw.hr)加热时间(hr)电功率(kw)5003062.717.444.41,00030125.434.848.71,50030188.152.3413.12,00030250.869.7417.43,00030376.2104.5426.14,00030501.6139.3434.85,00030627174.2443.510,00030125434848715,000301881523413120,000302508697417430,0003037621045426140,0003050161393434850,0003

19、0627017424435工程控制器的一般原理计算机控制系统的一般构成计算机系统传感器2传感器1传感器3显示系统执行机构1执行机构2执行机构3信号处理系统控制输出系统存储打印系统人机交互输入系统电加热器计算机系统压力传感器温度传感器液晶显示DC12V直流输出自动上水电磁阀12V直流接触器信号处理系统控制输出系统温度压力探头漏电开关加热按钮上水按钮设置按钮电磁阀有各种规格和驱动电压，市场上销售比较多的都是220V驱动的铜质电磁阀。电磁阀的工作原理是电产生磁场，通电时产生的磁场的吸力克服弹簧的弹力，打开闸板（阀芯），电磁阀接通。断电时，没有了磁场吸力，闸板（阀芯）在弹簧的作用下复位，电磁阀关闭。怎

20、样用热宝输出的DC12V控制220V的电磁阀呢？大家千万不要对外说怎么把DC12V转变成220V，否则别人会笑话你不学无术。而应该说用DC12V控制220V输出。控制仪如何控制大口径电磁阀工作DC12V直流接触器控制输出DC12V220V220V电磁阀一台控制仪如何控制多个电磁阀或加热器一个控制仪控制多个电磁阀或多个加热器的方法，实际上在上面一页中已介绍，只要把控制仪的输出转换成控制大功率交流接触器和直流接触器即可。因为一个交流接触器最少有三相输出。工程设计的一般步骤（一）1详细了解甲方（用户）的使用情况和要求。包括甲方的使用性质，用水的时段，用水的温度等。2详细了解甲方（用户）的建筑情况。甲

21、方房屋结构性质（平房，楼房），房屋走向（东西向。南北向），楼顶建筑物情况（有无广告牌，各种天线，电梯间，机房或水箱间等）3详细了解甲方（用户）的常规能源情况。现在的常规能源有电锅炉，燃气锅炉，燃油锅炉等，做方案之前一定要了解甲方的常规能源情况。工程设计的一般步骤（二）4根据用水量和甲方（用户）意向决定工程使用的热水系统种类。包括箱式组合，联集管系统，U型管系统，分离式热水系统等。5设计工程方案（文字，图形等）。集热器的摆放，安装基础的设计（水泥墩，槽钢等），水箱的设计（包括水箱三维尺寸，保温，管道系统布局，与辅助能源的结合）。系统工作原理设计（管路及循环系统的设计）。支架，珩架及钢结构的设计工

22、程设计的一般步骤（三）6工程价格计算。（工程报价包括如下几个方面）热水器（联集管，U型管等）本身的价格钢结构的价格房屋基础和水箱基础的价格储热水箱的价格，与常规能源结合的费用管路系统的价格保温部分的价格（保温材料，电伴热带等）控制系统的价格运输、仓储、食宿、施工等费用。税金、利润、佣金等费用支出工程设计的一般步骤（四）7、施工方案书的制定（一般内容）工程概述工程概述要求：说明工程性质、地理位置、工程规模、施工周期工程施工图纸工程施工图纸集热器（集热器（SLL/SLU）摆放效果图，包括以下内容）摆放效果图，包括以下内容屋面（顶）平面图。水泥墩布局图，槽钢布局图。集热器支架图。集热器支架在槽钢（方钢）上的效果图。管路图（集热器到水箱之间）工程设计的一般步骤（五）水箱图纸水箱图纸水箱三维效果图。水箱展开图。管路图（水箱到联集器，水箱到供水