太阳能热水系统设计

④备份热源：本项目系统为电加热器。本项目系统选用双排直插式全玻璃真空管集热器，集中集热—集中供热方式，系统为强制循环运行方式，换热方式为干脆系统，帮助能源为电加热。5.3.2太阳能集热面积的确定依据我国现行标准，太阳能热水系统依据贮水箱容积可分为家用太阳能热水器（贮水箱容积小于600L）和太阳能热水系统（贮水箱容积大于600L），本项目系统贮水箱容积明显大于600L，所以属于太阳能热水系统。干脆式太阳能热水系统集热的总面积可依据系统的日平均用水量和用水温度确定，按以下公式计算：AC—集热器采光面积/㎡QW—日均用热水量，LCW—水的定压比热容4.18KJ/(KG·℃)T1—要求水温T0—初始水温f—太阳能保证率J—平均日辐照量17540KJ/(m2·d)ηcd—集热器全日集热效率ηL—热损失率式中相关参数按以下方法确定：（1)日均用热水量QW计算结果日热水量qrd=1440L，鉴于极端天气状况，热水供应设计为日均1500L。T1—要求水温，要求为60℃，T0—初始水温，连云港地区年平均水温为15℃。太阳能保证率ƒ是确定系统所需集热器面积的一个关键因素，也是影响太阳能热水系统经济性能的重要参数。实际选用的太阳能保证率和系统运用期内的太阳辐射、气候条件、系统热性能、用户运用热水的规律和特点、热水负荷、系统成本和投资者的预期投资规模等因素有关。通常在工程的方案设计阶段，太阳能保证率ƒ可用阅历法确定。表1是按我国的太阳辐照资源区划，给出的各区太阳能保证率的选择范围。资源区划年太阳能辐照量[MJ/(m2ga）太阳能保证率资源丰富区≥6700≥60%资源较富区5400∽670050%∽60%资源一般区4200∽540040%∽50%资源贫乏区≤4200≤40%表1不同地区太阳能保证率的选值范围用表1选取ƒ值时，全年运用的太阳能热水系统取中间值，连云港地区属于资源一般区，ƒ值取40%∽50%中间值，为45%。ηcd—集热器全日集热效率的确定当缺乏相关数据时，ηcd可按阅历在0.25~0.5之间取值，取ηcd=0.48。ηL—热损失率的确定当条件限制无法进行精确计算时，可取阅历值0.2~0.3。保温较差时取上限，反之取下限，本项目取0.2。综上所述：式中取值代入上面公式，可以得出集热器采光面积AC=18.85㎡。5.3.3太阳能集热个数、类型的确定由5.3.2计算出的集热器采光面积AC=18.85㎡可以得出，若本工程接受Ф47*1500型双排直插式全玻璃真空管，单根集热面积为3.14*（0.047-0.01）*（1500-40）/2=0.0848㎡,所需真空管数目为18.85/0.0848=223，其中双排直插式全玻璃真空管每组有50根全玻璃真空管，故需4.5组，鉴于工程须要，本项目需5组模块。太阳能集热系统接受串联形式。5.3.4太阳能集热器的定位由于本工程太阳能集热器类型为双排直插式全玻璃真空管，在安装时无需考虑集热器安装倾角，水平安装即可。安装时，在建筑上或干脆构成建筑围护结构的太阳能集热器，应有防止热水渗漏的平安保障措施；应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的平安防护设施；集热器不应跨越建筑变形缝设置。另外，安装时，在建筑上的太阳能热水系统不得影响该部位的建筑功能，并应和建筑协调一样，保持建筑统一和谐的外观；应避开集热器的反射光对旁边建筑物引起的光污染。5.4贮水箱的设计贮水箱设计应留意以下事项：贮水箱选择时，水箱容积按工程要求确定，水箱形态依据安装条件和水箱布置方式确定。贮水箱结构设计合理，满足太阳能热水系统平安、稳定供应的要求，应设溢流口、排污管、排气管、温度测点、水位显示。内部设置电加热元器件的贮水箱，其内箱应做接地处理。太阳能集中式系统的贮水箱的水位限制应考虑保持确定的平安容积，高水位应低于溢水口不少于100mm，低水位应高于设计最低水位不小于200mm。本项目贮水箱依据5.2.1计算结果日热水量qrd=1440L，可得，贮水箱实际容积应大于此数值，以防止极端状况，可取贮水箱容积为2000L。因为全玻璃真空管由于真空管和水箱连接处承压后易泄露，不适合承压，承压式水箱一般适用于热管真空管或平板集热器，所以本工程接受开式水箱。5.5帮助热源为保证太阳能热水系统牢靠供应热水，系统接受电能作为补给能源。恶劣天气状况下，不考虑太阳能供应的能源份额，依据热水供应负荷计算，电能应在设计时间内向系统供应热水所需的全部热量。帮助热源限制：设定好电加酷爱惜水位，即水位低于该设定值，电加热不启动，终止加热的水温不宜超过60℃。温控加热：当水温低于40℃（可自己做调整）时，电加热启动，水温高于60℃时，电加热关闭，这样既节约能源且操作便利。手动加热，在不须要设定温控加热的状况下，可设置手动加热功能，按下加热按钮，电加热启动，到设定温度时，电加热自动停止。帮助热源的设计可用以下公式计算：P=24Qd/ηa（1-ηL）T式中：p为帮助热源加热功率，W；ηa为帮助热源加热设备热效率；ηL为管道及贮水箱热损率，一般取0.05~0.1；T为设计帮助热源的每日加热时间，h；Qd为日耗热量，W。小时耗热量计算:式中:qr—热水用水定额，60L/单位。Kh—小时变更系数，查表得Kh=6.84。tr-tl—温升，设计温升45℃。m—用水设计单位，取24床位。ρ—热水密度，60℃密度0.982kg/L。计算得：Qh=21kw。所以选用21kw的电辅加热。5.6管道设计管道接受国标热镀锌管，及各类闸阀、截止阀、电磁阀等均接受国标铜，重质管件。保温层厚度的计算公式式中—保温层厚度mm；—管道的外径mm；—保温层的导热系数㎏/（h·m·℃）；取0.035W/（m·℃）即0.126㎏/（h·m·℃）；t—未保温的管道的外表面的温度℃；q—保温后的允许热损失㎏/（m·h）。结合建设部2003年颁布的《全国民用建筑工程设计技术措施·给水排水》中的规定，依据公式计算的保温层厚度分别是：公称管径25mm，橡塑保温层厚度为：24mm公称管径32mm，橡塑保温层厚度为：24mm公称管径40mm，橡塑保温层厚度为：25mm公称管径50mm，橡塑保温层厚度为：25mm公称管径100mm，橡塑保温层厚度为：27mm保温层外包0.25mm厚铝板，对管道及保温层做进一步爱惜。5.7水泵的设计全部水泵接受韩进水泵。具体如下：PHJ-550A型全自动管道增压泵；HJ-180E热水循环泵；HJ-180E介质循环泵。韩进水泵特点：（1）接受先进的结构设计，电机本体带有过电流、过酷爱惜，无本体机械故障不会烧电机，确保平安正常运行，效率高；（2）接受高效叶轮，噪音小；（3）接受高级的密封件，不漏水，寿命长。（4）和电磁阀、单向阀配套运行,系统还装有循环系统平安运行过滤爱惜器。5.8附件的设计5.8.1排气装置本系统设为上行下给式系统，其配水干管最高处及向上抬高的管段应设自动排气阀，阀下设检修用阀门；当入户支管有分户计量表时，应在各供水立管顶安装自动排气阀；集热系统中充注防冻液时，集热系统管路和设备应接受手动排气装置，不宜运用自动排气阀。5.8.2放空装置在热水管道系统的最低点及向下凹的管段应设放空装置或利用最低配水点放空。5.8.3温度计水加热设备、贮水箱应装温度计；水加热器的热水供回水干管上应安装温度计；温度计的刻度范围应为工作温度的2倍；温度计安装的位置应便利读取数据。5.8.4压力表热水加压泵、循环水泵的出水管上应设压力表；压力表的精度不应低于2.5级，即允许误差为表盘刻度极限值得1.5%；压力表盘刻度极限值宜为工作压力的2倍，表盘直径不应小于100mm；装设位置应便于操作人员视察和清洗且应避开受辐射热、冻结或振动的不利影响。5.9集热系统的管路设计要求集热器循环管路应有0.3%-0.5%的坡度；在有水回流的防冻系统中，管路的坡度应使系统中的水自动回流，不应积存；在循环管路中，易发生气塞的位置应安装吸气阀；在系统各回路及系统要防冻部分的管路的最低点及易积存的位置应设有排空阀。在本项目强制循环系统的管路上，易设有防止传热工质夜间倒流的单向阀。6.项目运行原理（1）恒温自动进水（定温进水）：当集热器出水口温度高于65度时，电磁阀(或水泵)打开，自动进水，将热水顶入热水箱；当集热器出水口温度下降至60度时，电磁阀(或水泵)停止工作，实现恒温自动进水功能。（2）温差循环：a.当热水箱底部温度低于60度（可以依据须要调整设置温度）时，系统将运行于恒温循环模式。接受温差循环方式运行，即当集热器出水口温度高于热水箱底部温度8度时，热循环泵工作；将热水箱下部水抽出送入集水器，将集热器内热水顶出，当集热器和热水箱底部温度差降至2度时热循环泵停止，如此往复，实现恒温循环；当热水箱底部温度高于60度（可以依据须要调整设置温度）时退出恒温循环模式。b.当热水箱水满后，系统将运行于温差循环模式。即当集热器出水口温度比热水箱底部温高7度（可以依据须要调整设置温度）时，热循环泵工作；当集热器出水口温度比热水箱底部温度高2度时，循热环泵停止，实现温差循环功能。c.当管道温度低于2度（可以依据须要调整设置温度）时，热循环泵工作，当管道温度高于5度时，热循环泵停止，实现防冻循环功能。（3）集热器防空晒爱惜：当集热器出水口温度高于96度时，全部循环停止运行，当集热器出水口温度低于90度时，全部循环复原运行，实现集热器防空晒爱惜功能。（4）智能自动帮助加热:阴雨天气或寒冷冬季，当热水箱水量不足以保证供应时，自动启动（或提示）帮助能源设备进行加热。7.项目主要设备、材料及部件项目系统设备、部件统计表规格/型号/数目规格/型号/数目集热管型号双排直插式Ф47*1500型全玻璃真空管水箱款式圆柱形真空管长度1500mm水箱内胆材料S30408真空管外径Φ47mm水箱内胆厚度0.41mm真空管支数50水箱外壳材料S35350不锈钢集热器倾角10°水箱外壳厚度0.31mm有效集热面积（单根）0.0848㎡/根保温层材料聚氨脂管间距75mm保温层厚度35mm集热器单组集热面积4.24㎡集热器支架热镀锌角钢温度传感器3个液位传感器3个修理阀6个电磁阀2个单向阀2个过滤器2个排气阀1个止回阀1个限制系统变频智能限制柜水泵1HJ-180E热水泵；水泵2HJ-180E介质循环泵水泵3PHJ-550A型全自动管道增压泵；双排直插式联集管集热器：双排插式集热器产品的特点：a.结构合理、运用寿命长：横插式集热器三角形结构，不易变形，抗风性能好；这种集热器没有一般太阳能热水器的水箱，而是通过联箱（内腔较小）将真空管有效地组合在一起，结构特殊紧凑，换热快，集热效率高。b.可随意组合：用双排直插式集热器组成的集热单元，可依据须要组合成不同集热面积的热水系统，更有效的利用楼面；配套电控系统后，可让太阳能热水系统实现多功能全自动运行。（2）集热器支架：支架接受热镀锌角钢，支撑稳固；紧固件全部为不锈钢螺栓螺母，防腐实力强。安装完成后再涂敷防腐漆，既有双层防腐效果，又可依据现场须要选择颜色，达到视觉效果的美观。（3）工程保温水箱：依据运用需求、现场状况及系统设计须要，确定保温水箱形式，保温水箱分圆形预制和组合式不锈钢（球形板）水箱两种，均做相应保温、防腐处理；本项目接受圆形预制不锈钢水箱。产品特点：a.选材优质