1、太陽能熱水系統設計設計者： 4141 學號： 4141 班級：新能源 1101前言： 太陽能熱水器系統主要由太陽能集熱系統和熱水供應系統構 成；包括太陽能集熱器、貯水箱、循環管道、支架、控制系統、熱交 換器和水泵等設備和附件。 本設計將為一個地理位置為福建福州的兩 層小型別墅設計一個合適的太陽能熱水器系統。一、用戶基本情況調查1、環境情況城市名稱緯度HhaHhtHt.aHLrTaSyStfN福州260511.7724307.12412.1284436.52719.64.61665.540%50%10注：Hha為水平面年平均日輻照量， MJ/(m2d); Hht 為水平面年總輻照量， MJ/(m

2、2a) ； Ht.a 為當地緯度傾角平面年平均日照量， MJ/(m2d) ；HLr 為當地緯度傾角平面年 總輻照量， MJ/(m2 a) ；Ta 為年平均環境溫度，； Sy為年平均每日的日照小時 數，h; f 為年太陽能保證率推薦范圍；為回收年限允許值，年。2、用水情況2.1 日均用熱水量日均用熱水量計算公式：qrd=qr m式中：qr熱水用水定額， L/ (bd)，查民用建筑太陽能熱水系 統工程技術手冊表 1-11 ，最高日用水定額為為 80L/ (bd)， 日均用水量按最高日用水定額的 50%考慮，取 40L/ (bd)； m用水計算單位數，定為 4 人。計算可得日均用熱水量 qrd=40

3、*4=160L/d2.2 日均耗熱量日均耗熱量計算公式：Qd=qr c（ t r-t l ） m/86400式中：Qd日耗熱量， W；qr熱水用水定額， L/ （b d）；c水的比熱容， c=4187J/ （kg）； 熱水密度， kg/L ；60水密度為 0.983kg/L ； t r 熱水溫度， t r=60；t l 冷水溫度，查民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊表 1-16 ，定為 20；m用水計算單位數，定為 4 人。計算可得日均耗熱量 Qd=1219.50W2.3 小時耗熱量 小時耗熱量計算公式：Qh=Khmqr c（ t r-t l ）/86400式中:Qh設計小時耗熱量， W； q

4、r熱水用水定額， L/ （b d）； c水的比熱容， c=4187J/ （kg）； 熱水密度， kg/L ；60水密度為 0.983kg/L ；t r 熱水溫度， t r=60；t l 冷水溫度； m用水計算單位數，定為 4 人； Kh小時變化系數，查民用建筑太陽能熱水系統工程技術手 冊表 4-3，取 5.12 。計算得到小時耗熱量 Qh=6243.94W3、場地情況福建福州，二層別墅。4、水電情況全天 24 小時供水供電。二、系統類型的確定 該別墅屬于低層居住建筑，根據太陽能熱利用表 9.3 ，可得1、選用 集中熱水系統 ；2、系統運行的方式選用 強制循環系統 ，可以將儲水箱置于室內， 也不

5、用高于集熱器；3、為了達到較高的效率，選擇 直接系統 ，不使用換熱器；4、使用內置加熱系統，即使用輔助熱源，以防日照不足；5、輔助熱源的啟動方式選擇按需手動啟動系統。三、集熱器類型的確定太陽能熱水系統中集熱器的類型， 譬如平板集熱器、 全玻璃真空管集熱器、 熱管式真空管集熱器等， 應根據太陽能熱水系統在一年中 的運行時間、 運行期內最低環境溫度等因素確定。 由于福建福州的平3均溫度為 19.6 ，年最低溫度不低于零度，連續陰雨天數不超過5天，所以不需要采取防凍措施，根據太陽能熱利用表 9.4 以及課 件，可以選用平板流道式集熱器，可以承受熱水溫度為60；能承壓；中低溫區性能好；質量穩定性也很好

6、。四、集熱器面積的確定 由于選用的是直接系統，所以根據直接系統集熱器總面積公式： AC=QWCW（t end-t i ）f/J t cd（1- L）式中：AC直接系統集熱器采光面積， m；QW日均用水量， kg；CW水的定壓比熱容， kJ/ （ kg）；t end 儲水箱內水的終止溫度，；t i 水的初始溫度，；Jt當地春分或秋分所在月集熱器受熱面上月均日輻照量， kJ/m2；f 太陽能保證率，無量綱；根據系統試用期內的太陽輻照、 系統經濟性及用戶要求等因素綜合考慮后確定； cd集熱器全日集熱效率， 無量綱；根據經驗值取 0.40-0.50 。 L管路及儲水箱熱損失率，無量綱；根據經驗值取0.

7、2-0.25 。其中 QW=160/1000 992.212=158.75kg, CW=4.187 kJ/ （kg）, t end=60， t i =20,f 取 45%， Jt =12.128 MJ/m2，L取根據經驗 選取 0.2 ， cd根據民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊 圖 4-12 ，即可得 G=732.37，Ti *的值為 0.037 ，則看圖可知 cd=57%。 最后將上述數據帶入式中得 AC=2.16m2。五、集熱器安裝傾角確定根據太陽能熱利用可知，集熱器的安裝傾角應等于當地地理 緯度 10。確定原則是：一般情況下，集熱器安裝傾角應與當地地 理緯度一張；如系統側重在夏季使用

8、，其傾角宜為當地地理緯度減 10；如系統側重在冬季使用，其傾角宜為當地地理緯度加10因此選擇集熱器的安裝傾角取當地緯度 26 05。六、集熱器安裝方位角的確定集熱器的安裝方位角應朝向正南或南偏東、南偏西不大于 30 設計中選擇正南的方向。七、集熱器在建筑中的設置因為集熱器安裝的位置是坡屋面，因此不用考慮排間距。八、集熱器的相互連接集熱器連接原則：1、平板集熱器之間的連接宜采用并聯，但每排并聯數目不宜超過 16 個，即集熱器面積不宜超過 32 m2；2、真空管集熱器之間的連接宜采用串聯，但每排串聯的最大數 目應根據真空管集熱器的類型而定；3、全玻璃真空管東西向放置的集熱器，在同一斜面上多層布置

9、時，串聯的集熱器不宜超過 3 個（每個集熱器的聯箱長度不大于 2m）；4、對于自然循環系統，為保證熱虹吸壓頭大于流動阻力損失壓 頭，每個系統全部集熱器數目不宜超過 24 個，即全部集熱器面積不 宜超過 48 m2。對較大面積的自然循環系統可分成若干個子系統，每 個子系統中并聯集熱器的數目不宜超過 24 個，也即每個子系統的集 熱器面積不宜超過 48 m2；5、對于強制循環系統，由于采用水泵進行循環，能夠克服較大 的流動阻力， 所以可根據系統具體布置， 靈活采用并串聯或串并聯的 方法。本設計采用并聯的形式，集熱器數目為 2 臺，型號為 SCS-1110， 面積為 8002400mm。九、集熱器組

10、的相互連接集熱器組之間采用 “同程原則”布置成并聯，即使每個集熱器內 傳熱工質的流入途徑與回流路徑的長度基本相同， 從而使集熱器組內 的流量平均分配。十、儲水箱的設計1、儲水箱容積的確定根據所需熱水量 160L,以及集熱器的面積 1.92 2=3.84m2, 可以 確定儲水箱的容積為 200L。2、儲水箱定位為很好地利用由于水箱內水的分層效應， 采用頂水法， 即熱水供 應出水管安排在水箱頂部， 自來水補水管插入到水箱下部， 補水口距 水箱底部 10-15cm，集熱器進水口距水箱底部 10cm 左右以防將水箱 底部的沉淀物吸入集熱器。 儲水箱上面及周圍應有容納至少 1 人的作 業空間，要求與四周

11、保持不小于 1.5m 的距離，與頂面保持不小于 0.5m 的距離。十一、輔助熱源的設計1、可以采用空氣源熱泵，環保、節能；2、采用電能加熱； 由民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊 4-21 式得 當電作為輔助熱源時，其計算公式：W=Qh/ （1000）式中：W耗電量， kW；Qh設計小時耗熱量， W；1000單位換算系數； 水加熱設備的熱效率， 95%97%，取 95%。則 W=6.57 kW。7十二、管路設計的基本原則1、為了減少系統的流動阻力，循環管路應盡量短而少彎；2、如果因系統布局要求循環管路必須繞行，則繞行的循環管路應是 冷水管或低溫水管，而不是熱水管；3、集熱器循環管路應有 0.3

12、%-0.5%的坡度，以避免氣塞；4、在自然循環中，應使循環管路朝儲水箱方向有向上坡度，不允許 有反坡；5、在用于防凍的回流系統中，循環管路的坡度應使系統的水自動回 流到儲水箱，不應積存；6、在循環管路中，易發生氣塞的位置應設有排氣閥；用于防凍的回 流系統或排放系統應設有吸氣閥；7、在強迫循環系統的循環管路上，宜設有防止傳熱工質夜間倒流散 熱的單向閥；8、間接系統的循環管路上應設有膨脹罐；封閉間接系統的循環管路上同時還應設有壓力安全閥和壓力表， 不應設有單向閥和其他可關閉 的閥門；9、當多排或多層集熱器組并聯時，每排或每層集熱器組的進出口管 道中應設輔助閥門，以備調接或控制。根據民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊表4