山西太原地区太阳能工程方案

1、山西万家寨引黄工程局太阳能系统一、设计标准（一）气象资料1、基础水温：12 C2、太阳辐照资料根据国家气象中心提供的中国气象辐射资料年册（2001年），因为平鲁地区无详 细的气象资料，故我们选择山西省太原市（东经112 34，北纬37 52观测站区站 号53772）的月日均及年总辐射数据（单位MJ/m2）：X月份 照量X一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均7.6610.6816.6417.0422.3019.4719.38 :一 7.21 12.14 10.778.816.51年总5137.803月份（春分所在月）的太阳辐照量（MJ/廿）日期1日2日3日4日5日6日7日8日

2、总辐照量15.4411.7814.8017.1111.6118.1118.4419.20日期9日10日11日12日13日14日15日16日总辐照量17.9614.3318.9418.1515.3417.8214.335.71日期17日18日19日20日21日22日23日24日总辐照量12.2915.8817.3118.0418.3212.2917.7517.05日期25日26日27日28日29日30日31日总辐照量20.7417.3421.3119.5620.6418.7119.47综合全年使用情况，我们选择3月份9日的日辐照量（17.96MJ/）作为参考。（二）相关国家标准及行业标准1、GB

3、/T18713-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范2、GB50015-2003建筑给水排水设计规范3、GB/T17581-1998真空管太阳集热器4、GBJ17-88钢结构设计规范5、GBJ9-87建筑载荷规范6、GB4272-92设备及管道保温技术通则7、GB4706.1-1998家用和类似用途电器的安全通用要求8、JB4088-1999日用管状电热组件9、室内用热水、热力供应设计规范10、GB/T17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准11、GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范12、GB50258-1996电气装置安装工程1KV及以

4、下配线工程施工及验收规范13、GB50207-1994屋面工程技术规范14、GBJ242-82采暖与卫生工程施工及验收规范15、JBJ242-92民用建筑电气设计规范16、GBJ93-86工业自动化仪表工程施工及验收规范17、GB/T10800-89隔热用聚氨酯泡沫塑料18、GB/T12464.1-1998焊接质量要求、金属材料熔化焊19、NY/514-2002家用太阳热水器储水箱20、GB/T18708-2002家用太阳热水系统热性能试验方式21、NY/T343-1998家用太阳热水器技术条件22、NY/T6510-2002家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范23、NY/T513-2002

5、家用太阳热水器电辅助热源24、GB/T10800-89隔热用聚氨酯泡沫塑料25、GB/T50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范26、GB/T123936-1991太阳能热水用术语27、01SS105常用小型仪表及特种阀门选用安装二、设计要求1、场地情况：平鲁分局建筑较多且分散，由公寓楼、电信站办公楼、监理楼、咨询楼、专家楼、 家属楼、试验中心和食堂组成。楼顶全部为平顶，楼层最高为四层。所有管道在地沟内 通过，但是所有管道均没有进行保温，安装集热器的楼顶没有避雷设施。具体尺寸见图 纸。楼顶要考虑防水和防风。每日晚上22:30次日6:30停水，白天不定期的会出现停电的情况。2、用水

6、情况：24小时用水和定时用水，以电加热进行辅助。全部采用集中供水的形式。一共有192户，每户150升，则总用户水量为28800升，结合实际情况设计最大用 水量为每日30吨水。基础水温12C （考虑到用水地的实际情况，我们选择12C）,大水箱出口水温45C。三、系统设计指标：本系统以春季为设计标准。原锅炉拆除，采用太阳能作为洗浴热水。管道借用原有管道，因为现在水箱房不在 原有锅炉的位置，故主管道需要重新调整。在设计条件（50倾斜面上太阳辐照量为18.858 MJ/廿，管道及储水箱热损失为 0.15，太阳能保证率为0.9）下，平鲁分局太阳能热水系统结合楼顶情况以及经济性方 面选用78组QB-WF-

7、5.38/30-2型集热器，总集热面积为419.64廿，约能日产温升29C （12C温升到41C ）的热水30吨，或者把20吨热水升温44C，完全可以满足使用要 求，冬季及阴雨天气等辐照量不足情况下，由电加热进行辅助。因当地无气象检测站，故无详细的气象资料，在方案设计中我们借鉴太原地区的气 象资料，此数据与平鲁当地的气象情况有一定的偏差，此数据不作为设计原则问题。四、系统运行原理及说明系统原理图该图只是系统原理图，不表示实际的连接方式。运行原理说明:1、自动补水：定时补水加温控补水，以满足系统24小时用水需要。2、集热温差循环：在储水箱A与集热器之间进行。当集热器内水的温度T1比储水箱A 内水

8、的温度T2高5C以上时，集热循环水泵P1自动启动；当二者之间的温差小于2C 时，循环水泵P1停止运行。3、定时定温管道循环：在设定时间（设定后半夜不用水时停止管道循环，以防止热量 的过量散失）内，T5小于设定温度，则控制系统控制管道电磁阀DCF2启动，变频增压 系统启动，把管道的冷水打回储水箱B,进行管道循环以实现即开即热。4、防冻循环：当T4温度低于5C时启动水泵P1，当温度达到10C时停止，防止冬季室 外水管冻坏。5、即时加热：当储水箱B内的温度T3低于50C（此温度可设定），电加热启动；当达到 设定温度时，电加热关闭，以保证水箱B内的水为恒温。6、管道增压：选用压力控制的变频增压系统，用

9、户用水则泵P3启动，实现用户用水增 压的目的。7、高温断续循环：当集热器的温度高于95C，且仅高于水箱温度210C范围内时， 循环泵每循环10分钟，停20分钟。8、两水箱之间的循环：当储水箱A内温度T2比储水箱B内温度T3高5C以上时，温差 循环水泵P2自动启动；当二者之间的温差小于2C时，循环水泵P2停止运行。注：详细情况参见控制柜说明。五、重要计算及说明1、联集管集热面积计算A = X） f（式1cJt n cd （1 -n l ）式中：A 系统集热器采光面积，廿；Q日均用水量,30吨；t储水箱内水的终止温度（用水温度），45C； endC水的定压比热容，4.18KJ/ （kgC）；t水的

10、初始温度，12C；f 太阳能保证率，无量纲，取0.9；J 集热器受热面上的辐照量，18858KJ/m2 （集热器水平面的辐照量17.960KJ/廿,水平面和倾斜面的校荷参数1.05）n d集热器全日集热效率，0.49；管路及储水箱热损失率，0.15；根据楼顶情况，本工程利用水箱房周围的三栋楼房（监理楼、咨询楼和废旧的车库）的楼顶面积，再结合实际的使用情况，从经济性和太阳能的利用上考虑，此分局建议摆放 78组单层集热器，总集热面积为419.64廿，在上述条件下可以把30吨基础水温12C的 水加热到41C，满足用水的要求（人适合洗浴的温度为38C42C）。在冬季等阴雨天气 情况下，采用电加热仅加热

11、储水箱B，相当于加热15吨水，还能起到节能的目的。2、集热器安装间距综合考虑集热器全年使用、场地情况、集热器型号等因素（1）左右两台串联集热器（太阳热水器）水嘴之间的间距为180哑;前后两台集热器（太阳热水器）之间的间距为太阳高度角cos 0 = cos cos 5 cos + sin sin 5式中 =太阳天顶角二纬度5二太阳赤纬角二时角（度）o = 15 x （12 - T）式中：Ts真太阳时（小时），用24小时的时钟T = T + E + （L - L ）s issm i（式一2）(式3)(式一4)式中：Tis =当地标准时间（时和分）E =时差(分)E = -14.2sinl(n +

12、7)(180/111)E = 4sin 临-106)(180/59)E = -6.5sinl(n -166)(180/80)E = 16.4sin(n - 247)(180/113)n=1106n=107166n=167246n=247365Lsm =当地时区的标准子午线经度（度）5 = 0.36 - 22.9 cos(0.9856) - 0.37cos(2 x 0.9856m) - 0.15 cos(3 x 0.9856m) + 4 sin(0.9856)(式5)太阳高度角a =90一。经过计算得知：平鲁地区冬至0（12月22日）中午12： 00的太阳高度角为27 05，春分日太阳高度角为5

13、0 30。联集管集热器与后排相对应集热器之间的间距为:D=Hctga =1833Xctg27 053582 (mm)H单层联集管集热器的高度，1833mma 一冬至日正午太阳高度角27 05,考虑到全年用水及场地状况，集热器根据楼顶的具体情况进行摆放。3、集热器风荷载集热器最大受风面积为集热面外形面积:S = 2.930X1.833 = 5.371m2受力分析如下图:根据建筑结构荷载规范GB50009-2001,取此地区重现30年的风压0.8kN/ 即800N/计算，则最不利情况是集热器吹北风时（因为有水时，重力增大有利于集热 器抗风），此时受风力为F 风=800N/mX 5.371 m429

14、6.6N1）、螺栓强度校核：当集热器处于平衡状态时，由以上受力分析列出F 风 x+Gx=NxF 风 y+Ny= Gy其中 G=256kgX9.8N/kg=2508.8NF 风 x=F 风 cos50=4296.6NX0.6428 = 2761.85NF 风 y=F 风 sin50=4296.6NX0.7660 = 3291.39NGx=Gsin50=2508.8 NX0.7660=1921.74NGy=Gcos50=2508.8NX0.6428=1612.66N则：Nx=F 风x+Gx=2761.85N +1921.74N=4683.59NNy=GyF 风 y=1612.66N3291.39N

15、=-1678.73NNy0,说明在Y方向集热器受到螺栓的拉力，因为集热器固定采用焊接方式，通过在水 泥支撑里面预埋钢板，然后集热器支架直接和钢板焊接在一起，其强度足以承受这 些拉力。2）、力矩校核：以O点为原点，集热器受到的风的力矩为M风=F风X1.833/2=4296.6X0.9165 = 3937.83N m集热器的重力力矩为M水箱二GX1.551/2=2508.8X0.7755=1945.74N m由以上计算可见M水箱M风则集热器受到的风荷载影响较大。可见，集热器受到的风荷载影响极大。故我们采用焊接的方式连接固定，并且水泥基础里面预埋钢板，通过钢筋与建筑结合，可以有效的防止此问题的发生，

16、并且相邻 两台利用连接件连接固定，并根据实际情况拉钢丝绳。注：最大受风面积是按集热器前后向正投影面积，由于该型集热器中间真空管间隙 颇多，风阻小于最大截面风阻。4、保温层厚度计算： 4.1水箱保温层效果计算水箱内胆采用SUS304不锈钢板焊接，外壳采用玻璃钢，保温层采用聚氨酯整体发 泡而成，厚度为80mm，经过实际抽样检测，发泡后的实际聚氨酯泡沫的导热系数为 0.019W/（m- C）。为简化计算，进行以下的假设：a、水箱内的水静止不动，内胆的厚度不计，聚氨酯保温层内表面的温度和保温水箱内 水温相同为t1，外壳的厚度不计，保温层外壁的温度和环境温度相同为t2；b、水箱为标准的方体；c、水箱水温

17、恒定；保温水箱的热损主要包括两个部分，箱壁和上下端盖，设箱壁的热流密度为q，聚 氨酯保温材料的导热系数为入，保温材料厚度为0，每块面积为A，n为拼装的单元数， 则根据相关的传热学公式，有q=A （t1 t2）/0则水箱的热损为：Q = n q A当t1-t2 = 40 C时，10000L的容水量，皇明公司生产的水箱的热损Q及24小时 内温降为：水箱尺寸（mm）拼装单元数（块）入/0qQ(W)24小时温降（ C）3000X2500X2000370.2389.5351.54.7由上述数据可知，当水箱内热水和环境温差为40 C时，盛满水的水箱24小时损 失的热量仅可导致150L热水降温4.7 C （

18、考虑的聚氨酯为拼装安装的，中间有间隙， 损失会有所加大，但是水箱放置在室内，有墙体保温A，所以一天的温降不会超过6 C）。 4.2管道保温为了取得更好的保温效果，保温措施采用一下方式：首先使用在管道外壁缠电热带（解冻带），然后缠橡塑保温材料，再在外面使用镀锌铁 皮做外壳。可以有效的防止室外管道冻坏，并且抗老化效果更强，美观。系统本身还带 有防冻循环，电热带只是在停电再启动时使用。六、投标人对本工程的建议1、系统用两个储水箱，目的其尽可能的减少辅助能源的使用，充分利用太阳能， 根据现场了解到的情况，平常用水量是整个用水量的一半左右，每天的用水量为15吨 20吨，并且是24小时供应热水，故我们建议采用两个水箱，一个作为恒温水箱，另一 个作为集热水箱，并且在日常用水量少的时候可以手动控制采用一个水箱供水。2、根据实际测量的咨询楼和监理楼楼顶尺寸，楼顶可摆放集热器面积不能把30吨 水加热到所需温度，仅能满足部分用水，故我们建议把废旧车库