热管真空管太阳热水系统设计方案

1、热管真空管太阳热水系统设计方案热管真空管是一种高效的太阳能集热元件，它具有工作温度高、承压能力大、耐冷热冲击、抗冰雹等独特的优点。热管真空管组成的太阳热水系统，运行可靠，安装方便，适应性强，深受用户欢迎。本文简要介绍热管真空管太阳热水系统的有关设计问题，供大家参考。 1热管真空管太阳热水系统工作原理（1）热管真空管太阳光透过玻璃管照射在吸热板上，太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能。吸热板吸收的热量迅速将热管内少量工质汽化，并迅速上升到冷凝端，放出汽化潜热后冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端。利用热管内少量工质的汽液相变循环过程可连续地将吸收的太阳能传递到冷凝端加热水。为使热管内冷凝后的

2、液体工质流回蒸发端，热管真空管工作时与地面的倾角应大于10°。 （2）热管真空管集热器每支热管真空管的冷凝端通过导热块将热量传递给集管，不断加热其中的水。真空管的冷凝端与导热块刚性连接，被加热水不流经真空管，因此安装十分简单，即使真空管发生损坏，太阳集热器的工作并不会因此而中断。 （3）热管真空管太阳热水系统热管真空管集热器吸收太阳辐射将水加热，循环泵将储水箱中的低温水输入集热器进行循环加热。循环泵的工作由光控仪控制，当太阳辐照度达不到设定值时，循环泵不工作；如当全天达不到设定辐照度时，也可由辅助加热装置进行加热。 2系统主体设计的依据在进行太阳热水系统设计时必须掌握一些基本资料，作

3、为设计的依据。（1）用户要求主要包括：用水量、水温、用水时间的要求；要不要辅助加热，采用何种辅助能源。（2）建筑物的情况主要包括：热水系统安装平面（屋面）的具体尺寸，屋面荷载和承重梁分布情况，屋面正南方向有无建筑物的遮挡，水源和电源情况；让用户提供屋顶平面和结构图纸。 3太阳热水系统工程参数的确定 （1）系统的朝向在北半球，集热器阵列朝向正南。（2）集热器面积（a）北京地区采用热管真空管集热器（在日照17000KJm2.d条件下），每平方米集热面（4支热管真空管）从上午9时至下午3时，水温设定在4060时，春秋季产热水量6070Lm2.d，夏季产热水量7080Lm2.d，冬季产热水量5060L

4、m2.d。 我们根据用户的实际需要来选定平均日产水量。若系统全年使用，特别是要保证冬季的用水量，推荐以5060Lm2.d（水温40以上）产水量为标准来确定集热器面积。 （b）太阳热水系统提供淋浴用热水时，用水量可参照国家颁布的室内给排水热水供应设计规范的有关规定，水温在40以上时，平均每人每次的用水量为3540L。当然，用水量还要根据用户的要求最后确定。（3）集热器倾角若系统全年使用，集热器倾角推荐为：=当地纬度（5°10°）（4）集热器前后排间距为了使集热器相互不遮挡，前后排集热器的间距可按表1确定。（5）建筑物屋面荷载安装太阳热水系统的建筑屋面，活荷载要求在150kgm

5、2以上。 4.集热器的排列方式、水箱布置及管路设计（1）集热器的排列方式集热器的排列方式有串联、串并联和混联，如图4所示。可按照需要选用。（2）水箱的布置首先，水箱应安装在建筑的承重墩上，若没有预留基础承重墩，则应根据建筑结构图了解承重情况，将承重墩放置在承重梁（墙）上。同时还应考虑供水和取水管路应尽量短，与水箱较近，避免过长的管路外露而发生冻裂。（3）循环管路的设计热水系统中的循环管路主要是指从循环泵的吸水口经过集热器集管，回到储水箱的管路。在循环管路的最高点要设置放气管，放气管应高出最高点600800mm，整条管路要有一定的斜度（>05），目的是在循环泵停止运行时，使管路中的水能够自

6、动流回水箱。 5.系统设计（1）系统基础设计系统基础设计如图6所示。该图主要标明集热器和水箱基础的尺寸及相对位置。若有屋面结构图，应标明这些尺寸与屋面结构图中的相关基准的位置。 单排基础墩的横向距离为2000mm，若单排横向距离总长度不是2000mm的整数倍时，最后一对基础墩之间的横向距离应在2000mm之内，其具体的尺寸由图6中L1、L2、L3的尺寸确定。基础的预埋板应进行超平，使其等高。（2）集热器支架设计集热器支架是根据系统布置图中的集热器排列方式和数量以及集热器的倾角进行设计的。主要确定集热器倾角的标准单元支架（三角架），它通过横拉筋现场焊接而成。其单排的总长度由单排集热器数确定，横向

7、支架整体斜度通过三角架之下支撑角钢来进行调节，要保证斜度>0.5。（3）水箱的结构设计水箱容积的确定：以浮球阀控制的液面以下的水量作为水箱的容积大小。水箱内的管件主要包括：与循环管路相连的上水循环管路（其间连有循环泵）、循环回水管、冷水上水管、热水取水管、水箱排污管、溢流管、安装探头的焊接管箍等。水箱内各管件相对位置设计应遵循的原则：（a）在系统运行时，热水管取到最低液面时，循环泵的吸水口总是处于液面以下，泵能正常工作，不会让循环泵空转；若有电加热时，电加热的安装位置应保证不进行干烧。（b）各管件应保证垂直方向的相对高度，水平方向的位置可灵活布置。1 常德市第三人民医院太阳能热水工程分析

8、设计资料： 1.用热水人数：150人； 2.日用热水总量：12000kg； 3.热水温度：自行设定； 4.用热水时段：自行设定； 5.冷水计算温度：16； 6.日曝辐量：10001700kj/平方； 7.太阳能产热水温度：4080。 系统配置配置依据：根据以上数据和工程要求，第三人民医院安装太阳能热水工程要满足150个床位每天每床（适当考虑陪护人员）80升热水的要求，设计日用量12吨45热水，采用24小时供水，随用随有。 配置要求：每天正常供热水45/12T这一条硬性指标来确定太阳能集热面积。按正常气候情况下，太阳能的日曝辐量在10001700kj平方（冷水温在16时）；平均每平方米日产热水6

9、0100公斤，按80公斤/平方来计算，12吨热水所需太阳能集热器面积为150平方米。 配置量： A、太阳能集热模块型号：HJ-56采用高硼硅玻璃真空集热管，每组56支真空管，真空管长1500mm，直径47mm，集热面积5.4平方米。联结箱外壳为镀铝锌、内胆为不锈钢，聚氨酯保温厚度为50mm。 共需要模块 150平方米÷5.4平方米/组=28组 B、储水箱 8吨、4吨水箱各一个。 水箱内胆为不锈钢，外壳为镀铝锌板。中间采用65毫米聚氨酯保温。第三人民医院病房大楼顶面都有足够的面积安装太阳能。模块用4×7矩阵形式排列。安装集热模块式的太阳能只要求每平方米达到100kg的承重，顶

10、层的结构为平面预制结构，承载能力完全可以达到。建筑物前方无遮盖（楼）物，并且屋面平整，能够完美结合在建筑物上。行人在下面看不到房顶上的太阳能集热器。 系统原理及控制 太阳能的运行系统是根据第三人民医院的基本情况，热水需求及集热器与储水箱相对安装位置以及所需工程量的大小等综合因素来确定。我所建议第三人民医院采用联集管式太阳能热水系统方式，根据24小时用水要求，选用温差式强迫循环控制系统，它的优点：* 全自动运行，无需人工值守* 全天候24小时供应热水* 水温恒定（可在4085摄氏度之间任意设定）* 结构稳定，运行可靠，易于维护* 与建筑融为一体，协调、美观。 太阳能中央热水系统运行原理简介 太阳

11、能中央热水系统是由集热器、保温水箱、控制系统、自动上水控制箱、循环泵、管理配件等有机结合而成的集热供水系统。它是由集热器吸收太阳能辐射转换成热能，把冷水变成热水；由自动上水控制箱实现自动上水，并通过调节控制系统达到：温差循环提高集热效率；管道循环打开水嘴即出热水；定时定温电加热措施恒温供热水； 24小时恒温供水。 整个系统自动运行，使用安全，维护方便。组合式结构，可根据用水量、安装场地、用户需求来进行灵活的排列组合。保温水箱内设有电加热装置，根据用户需要和实际情况，电加热功率可以适当增减，满足阴雨天及冬季用热水的要求，实现光电互补，微电脑智能化控制，确保全天候供应足量的热水。 联集管式太阳能热

12、水系统组成及基本功能 联集式热水系统是由联集管式集热器阵列、储热水箱、辅助加热系统、智能控制系统、管道循环系统组合而成的。可以通过控制部分与辅助加热设施配套使用，满足用户定时或全天候用水、定量或恒温等用水需求。辅以防垢（磁化除垢）、防冻（防冻循环或管道自限温电辅助伴热）、防漏电（系统安全接地以及高灵敏度漏电保护开关）、防风（集热器反射板纵横向各间隔200mm空隙，且太阳能主体设备与建筑可靠连接）、防雷（金属钢架与建筑物避雷设施电气连接）等具体措施，确保系统可靠运行，用户安全使用。 联集管式太阳能热水系统是可低承压运行的快速加热直流系统，可任意设定水温，与常规能源结合，24小时持续供热水。系统自

13、动运行，日常使用不需作任何手动操作，只需专人作简单维护。 联集管式太阳能热水系统采用新一代控制方法，实现计算机智能监控，性能可靠，使用方便，同时具有定温出水、循环加温、防冻控制、辅助加热等功能，实现全自动运行。 定温出水：当水箱水位低于所设定的水位时，系统可实现定温出水运行。当集热器中水温达到设定温度时，控制系统自动启动相应器件，靠自来水压力向集热器补进冷水，并将集热器中热水顶进储热水箱。当集热器中水温低于设定温度时，控制系统自动关闭相应器件，停止补进冷水，实现再一次的集热过程。 循环加温：当温度或时间满足一定条件时可自动启动循环加温功能，此时联集管式集热器与水箱形成循环，进一步提升储热水箱中

14、的水温。 辅助加热：利用常规能源（油、气、电）实现辅助能源补充，具体控制方法与常规能源一般运行方式相同。 辅助能源系统 太阳能系统产热水量的多少跟气候的变化有很大的关系。因此，在充分利用太阳能集热系统的前提下，还必须配备相应的辅助加热系统。电加热分组单独配置，使用全自动控制仪控制。4吨水箱内置3组18kW电加热作为辅助加热。用闸刀和漏电断路器双重保护，由医院工作人员统一管理。 太阳能使用电辅助加热一般只在当年11月到次年的4月份一半的时候使用。使用时每天2.4个小时。可考虑用低谷电储热。 系统运行成本分析（满负荷运行设计） 常德市19942003年平均每年晴天约217天，每年有148天为阴雨。

15、真正需要电辅助加热的只有冬季的阴雨天，大约80天。春、夏、秋晴天后的23天，太阳能储热水箱中的热水还能保温、洗浴。 这148天中算一半人洗澡，故用水量减半为6吨。基础温度平均为16，加上太阳能加热平均为10，因此电加热从26开始加热至45即可洗浴。 把6吨水加热19，需要热能11.4万大卡，每度电产生热能860大卡，耗电132度，每天费用为132×0.58元=76元。 电加热功率为3×18=54kW，每天电加热的时间为：132÷54=2.4个小时，也就是144分钟。遇阴雨天，从节约出发可定时设定下午3：00自动启动电加热。全年用电148×76=11248

16、元。 用低谷电的价格更低。 太阳能热水工程与燃气热水器、燃油锅炉、电热水器效益比较分析（医院按60间病房计算）（见表格）。2 中日友好医院太阳能热水供应方案新闻来源：武汉理工大学建筑工程学院 作者：韦杰廷日期：2005-12-23 9:00:00 点击数： 224 太阳能热水供应与锅炉热水供应相比具有很大的优越性，运行费用相当低，而且卫生、节能、没有噪声。这种热水供应方式在西方发达国家用得相当普遍，在我国具有很大的发展前景，可以预见，不远的将来会大面积采用。 建筑条件 建筑面积16400（包括地下室），去掉地下室及一部分公共面积，需要供热水的面积为14000。建筑为9层，地点在长春经济开发区内

17、，每层约1800，屋顶面积约为1800。 太阳能热水供应方案 因建筑物内已经有热水供应的管道系统、室内喷淋系统。本方案主要解决太阳能热水集热系统和热水储存系统、热水循环系统的设备及控制仪表等。太阳能热水供应系统见下图： 太阳能集热器 集热效率高：真空磁控溅射铝氮铝选择性吸收涂层，太阳辐射吸收率93%，热发射率6%，热损小，夜间保温效果优良。 寿命长：5×102 Pa 高真空有效的抑制了玻璃在使用过程中释放的气体，保证真空管15年的使用寿命。 耐候性好：全年热效率较好，并可抵抗直径小于25mm的冰雹正面冲击。（见技术参数表） 标准集热管的采光面积为每米0.078。 一般认为在医院这种情

18、况，每一人占用25的面积。这样14000，共有560人同时洗澡，每人用水根据规范规定为60升（即60kg）。如认为这些人每天洗一次澡，整个建筑用热水量为：60×560=33600 标准集热管的采光面积为每米长0.078，每平方米的采光面积在夏季可以产生69.5的7090的热水。整个建筑所需要的太阳热水器的采光面积为：F=33600/69.5=483.49m2 需要的太阳集热管为：L=483.49/0.078=6198.6M 取安全系数为15%，则所需的集热管的长度为：L=6198.6×15%=7128M 目前太阳能集热管的长度规格有以下三种；1200，1500，1920。但

19、1500的集热管用的最多，性能也最好，我们采用1500的集热管。这样所需要的集管根数为： N=7128000/1500=4752根 整个太阳能热水集热器采用串并联结合的方式，24根集热管为一组，共应有198组。组和组之间采用管道联接。见图二所示。每一组所占的平面尺寸为1900×1300，加上接管尺寸变为2100×1500，3.15。198组所占的总面积为： F=198×3.15=623.7 屋顶面积为1800，这样集热器只占用623.7。只是屋顶面积的三分之一。 循环管道 循环管一律采用铝塑管，铝塑管卫生、使用寿命长，可用50年。 循环泵 循环泵采用热水泵，选两台

20、，每台的流量为80100TH，压头为45米，功率为15KW。 储热水箱 储热水箱放在地下室内，水箱容积为50T。用钢板制做，外加保温层。 储水箱内换热器 由于太阳热水器是依靠太阳辐射制取热水的，在冬季太阳辐射热较少时，集热器内的水温只能达到40左右，用来洗澡温度较低，所以应加以辅助的加热方式。可以用本院的蒸汽锅炉产生的蒸汽送入储水箱内的加热器内，对水进行辅助加热，达到合适的用水温度，以满足人们的用水需要。换热器选用蛇形盘管换热器，换热器入口和出口加装温度控制仪表。 控制系统 控制系统控制水泵的起停、储热箱内的水温、集热器内的不温。 太阳能热水工程、燃气、电热水器、燃油锅炉经济效益比较 如采用燃

21、气热水器对于14000的建筑面积，25一个房间，一个房间一套，则需要560套，电热水器560套，燃油锅炉一台（2T），热水锅炉售价25.1万元，辅机16万元，蒸汽锅炉售价25.7万元，辅机16万元。（见4种热水供应系统经济比较表） 工程造价 1.太阳能集热器每平方米造价为：1100元/，本工程采用集热器面积为483.49。集热器总造价为：2660×483.49=531839元=53万元。 2.循环水泵两台，每台15000元，两台3万元。 3.储热水箱一个50m3，制作水箱及保温造价3万元。 4.循环管道及阀件等造价5.5万元。 5.储水箱内换热器1.5万元。 6.控制系统1.5万元。 合计：64.5万元。 取15%安装费：15%×60.5=9675万元 总计：74.175万元。技术参数表产品型号HQB-1200HQB-1500HQB-1920重量1.05kg1.25kg1.6kg结构全玻璃同轴双层圆管全玻璃同轴双层圆管全玻璃同轴双层圆管外管直径47mm47mm58mm内管直径37mm37mm47mm管壁厚度1.5mm1.5mm1.5mm集热管长度1.2m1.5m1.92m外管透射率0.910.910.91镀膜材料磁控溅射AL/N/AL磁控溅射AL/N/ALAL/N/AL吸收率0.930.930.93发射率0.060.060.06真空度P5×1