太阳能中央热水系统工程设计指南.doc
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1、1太阳能中央热水系统工程设计指南 目 录一、设计前的现场查勘1二、集热器的朝向及安装倾角和遮阳物体的距离1三、太阳集热器的安装位置对建筑物屋面荷载的要求2四、蓄热水箱位置的确定2五、热、开水用量计算3六、平板型太阳热水器的系统设计4七、平板集热器的连接件选择10八、真空管热管和玻璃真空热管集热管太阳10九、强制循环温差控制器高温传感探头的安装位置及安装方式13十、太阳能热水系统的防冻设计13十一、排气阀的安装位置14十二、试水阀和排污阀的安装位置15十三、浮球取水装置15十四、热水锅炉热水系统设计16十五、水箱设计20十六、连通管管径的选择23十七、补水方式选择23十八、辅助加热装置的选择25
2、十九、集热器支架设计26二十、集热器钢构安装平台设计29二十一、水箱支架及加强底座的设计31二十二、水箱保温32二十三、管道的选择:32二十四、管道保温33二十五、定时供热水装置34二十六、加压供水装置34二十七、回水装置35二十八、燃料供给系统36二十九、供热水管网38三十、电气控制及电气线路42三十一、太阳能、燃油炉热水工程设计图纸及要求43三十二、相关产品技术参数44一、设计前的现场查勘1、了解和测量热水系统安装点有关资料:屋面尺寸,承重墙、承重梁的分布及大小情况,楼梯间及其它障碍物的高度及尺寸等,消防管及其它管的分布和高度尺寸。2、屋面或安装点的负载能否满足热水系统的安装条件,同时用指
3、南针测量屋面或安装点的方位,使用指南针时不能靠近金属,在楼面多测量几个点,最好能在楼下也要测量。3、对改建和扩建及既有建筑还需测量女儿墙的高度及隔热层的厚度;对新建建筑要了解其工程进度及楼面做法。4、水源:从天面水池接入时,要测量水池的最高水位和最低水位;从市政管网接入时,应了解在用水高峰季节和用水高峰时段的水压情况。了解水源水压和管径能否满足使用要求。5、电源:对热水系统配有用电设备的,需了解电压、输电线路可供容量及接驳位置和控制箱的安装位置,特别是加热装置为电热管或热泵时,应了解用户的供电容量和安装点的供电线路是否满足要求,如果用户是自己发电,还应了解其频率、相电压、线电压情况。6、燃油(
4、气)的供给:对已确认的使用哪种加热装置或辅助加热装置要了解燃油(气)接驳位置和燃气燃油的种类、压力能否满足要求如需要油泵将油从地面抽入天面热水炉的日用水箱时,应与与客户协商好油箱的位置(日用油泵与燃油热水锅炉应有5米以上的安全距离);地下油罐为直埋式时,要求在油泵的进油口加装真空罐。7、冷热水交接位置:要了解冷水从哪里接驳,哪些位置需要供热水(开)水,与供水点的管网安装有关的建筑物平面及立面尺寸要测量准确。二、集热器的朝向及安装倾角和遮阳物体的距离1、集热器的安装方向:1.1、平板集热器、全玻璃真空管和热管南北向放置的太阳能集热器朝向应为正南方,如受条件限制不能满足时,其偏移角允许有偏差(若情
5、况允许,集热器可沿着楼面方向平放于楼面上):在低纬度23处为30以内,在中纬度30处为15以内,在高纬度36处为7。且偏西比偏东好,在坡层面安装时,其方位可作进一步步调整,但必须与客户讲明吸热效果会差1020%。2、集热器的安装倾角2.1平板集热器、南北向放置的玻璃真空管、玻璃真空热管集热管的最佳倾角是与太阳能光线垂直,对于全年使用的,可采用当地地理纬度作为倾角;冬季使用以纬度+10作为倾角;夏季使用的纬度-10作为倾角。对于夏季气温较高的亚热带地区其倾角为30,在其它地区作适当调整,其倾角以5和10为单位,便于制作。在坡屋面安装集热器时,视其坡度和整体美观情况而定。2.2东西向放置的玻璃真空
6、集热管、玻璃真空热管集热管的采光面为圆弧型,因此,对其安装倾角没有太严格的要求。我们规定为5-15,以减少支架的材料用量和提高空间的利用率.3、 集热器与遮阳物的距离 一般以遮阳物高度的11.3倍作为间距,纬度高的地区选大值。三、太阳集热器的安装位置对建筑物屋面荷载的要求1、一般地区 屋面的荷载应大于150/。2、沿海地区 因有台风的影响,屋面的荷载应大于200/。四、蓄热水箱位置的确定根据承重梁柱的尺寸确定其荷载:常规情况下,水箱的安装位置应选择在有承重立柱的“十”字梁或“T”字梁上,其水箱的重量均匀分布在梁上。梁的尺寸和钢筋配置情况与荷载有直接关系,因此应按照表1来选择水箱的设计容量: 梁
7、 承重梁尺寸与荷载选择表 表1寸尺形状载荷600400(高宽)550350(高宽)500300(高宽)450250(高宽)400200(高宽)十字型8m37m36m34m33m3T字型6m35m34.5 m33m32m3 对于较大容量的水箱,在一个承重梁柱不能满足要求的前提下,可选择多个承重梁均匀承重,并用工字钢或预制钢筋混凝土反梁做水箱加强基础,参照表2、表3来选择工字钢与反梁的规格: 水箱加强底座工字钢选型 表2CCCBA4m35m36m37m38m39m310m315m320m325m330m33m10#12#12#16#16#18#18#4m12#14#14#16#16#18#18#2
8、0#20#22#22#6m16#18#18#20a#20b#22a#22b#25a#25b#32a#32a#7.5m18#20a#20b#22a#22b#25a#25a#28b#32a#36a#36c#A:水箱容量B:水箱加强底座工字钢型号C:承重梁柱跨距注:水箱基础应优先采用钢筋混凝土结构,并要求有设计院结构专业的核算依据。(参见图59) 钢筋混凝土反梁尺寸参考表 表3距量水箱容格规梁反跨3m4m6m7.5m8m3250*350 (宽高)300*400 (宽高)300*500 (宽高)400*600 (宽高)10m3300*400 (宽高)300*400 (宽高)350*550 (宽高)40
9、0*600 (宽高)15m3300*450 (宽高)300*450 (宽高)350*550 (宽高)500*650 (宽高)20m3350*550 (宽高)350*550 (宽高)400*600 (宽高)550*650 (宽高)25m3350*550 (宽高)350*550 (宽高)550*650 (宽高)550*650 (宽高)30m3400*600 (宽高)400*600 (宽高)550*650 (宽高)550*650 (宽高)5、 热、开水用量计算1、热水用量用水方式桶提冲凉淋浴浴缸泡脚盒工厂定时供热水1525L/人次3045L/人次学校、医院定时供热水2030L/人次4060L/人次普
10、通旅店定时供热水5070L/人次高级宾馆、酒店、医院全天候供热水100150L/人次150250L/床次10L/人次沐足桑拿100L/人次说明:表中用水量为广东地区行业设计用水量参考值,具体用水量应与甲方协商或参照国家有关标准执行。2、开水用量:人均2-3/日六、平板型太阳热水器的系统设计名词定义:集热器单体并联:是指每块集热器之间的连接采用铜卡套接头直接连成一排的方式叫单体并联。集热器连接级数:是指一个单体并联的出口与另一个单体并联的入口相连接时,第一个单体并联为一级,第二个为二级,依此类推。集热器阵列:由若干个集热器单体并联组成的叫阵列。 图1 自然循环系统简图1、 自然循环系统: 自然循
11、环系统是利用高温水和低温水的密度差进行循环的,其蓄热水箱必须设在集热器顶端水平面300mm以上高度才能进行最佳系统循环。它具有结构简单,造价相对较低,故障率低等特点。(见图1) 图2单体并联1.1安装面积:每一个独立的系统集热面积小于50时应优先选择。1.2集热器的连接方式:1.2.1单体并联: 集热器块数一般不超过6块。 图3并联阵列 图4自然循环系统(见图2) 1.2.2并联阵列: 每一个单体并联不超过6块,每个并联阵列不超过4个单体并联。(见图3)1.3上、下循环管的连接方式:在自然循环系统中,要求系统的上、下 图5并联阵列自然循环系统 循环管弯头尽可能少一些,否则,循环阻力过大,会影响
12、系统的热效率。当采用一个独立就能克服管道弯头过多的问题时,可考虑设几个单一的自然循环系统,但必须注意上、下循环管与集热器蓄热水箱的连接绝不能有反坡现象,应沿水流的方向有1的坡度,上循环管与水箱连接时严禁90度弯头,应使用45度弯头,以免产生气堵,严重影响循环效果。(见图4、图5)1.4循环管管径的选择:管径太大会增加散热面积,管径太小会增加循环阻力,因此,上、下循环管的流通截面积应等于几个集器单体并联进出口与循环管接驳时截面积总和的7090。(见表5) 表5集热器单体并联数量1个2个3个4个5个6个7个8个管径DN25DN32DN40DN50DN50DN50DN50DN651.5水箱设置:每个
13、自然循环系统设一个蓄热水箱,也可几个系统共用一个蓄热水箱(见图6)。2、 强制循环系统2.1强制循环是利用水泵使集热器与蓄热水箱内的水进行换热的循环。它的特点是蓄热水箱的位置不受集热器位置制约,可任意设置,我们一般采用温差控制方式循环,即利用蓄热水箱下部的温度传感器与集热器上部的温度传感器之间的温度差控制水泵的起动 运行,其温差值在38之间。(见图7) 图6两个自然循环系统共一个水箱2.2安装面积:每个独立的系统集热 面积大于50小于或等于280均可采用,集热面积太小,单位面积造价太高,如系统面积太大,则循环管路太长,使管道阻力增大而对循环泵的扬程要求较高,导致增加循环泵的功率和增大管道的安装
14、密封要求。2.3集热器的连接方式(见图8、图9、图10) 图7强制循环原理图 图8并列阵列 图9 串并联阵列方式之一 图10串并联阵列方式之一2.4上、下循环管的连接方式上、下循环应为同程式连接设计,上、下循环管与蓄热水箱的距离尽量缩短,弯头尽可能少一些,以减少管道的阻力:要求上循环管有3的坡度,并在容易产生积气的地方装设排气阀,防止产生气堵,而影响循环效果。(见图11、图12) 图11串并联系统之一 图12串并联系统之二2.5循环管管径的选择 上、下循环管的流通截面积应不小于集热器串、并联后与循环管的接驳口总的截面积的60(见表6)集热器组数一组二组三组四组五组六组循环管管径DN20DN25
15、DN32DN32DN40DN402.6水箱设置:每个系统可设一个或多个蓄热水箱,也可几个系统共用一个蓄热水箱,水箱与集热器安装距离可远可近,可高可低,但必须考虑到系统循环管路增长之后,管道的散热损失增大(见图13) 图13两个串并联系统共一个水箱的强制循环系统2.7强制循环泵的选型 泵的小时流量按系统的日产水量的5070选择,系统(独立系统)的日产水量按太阳能集热面积乘以每平方产水量(如70L/)计算,水泵扬程为系统总水头损失的1.31.5倍选择,对于单级并联或两级并串联阵列也可按下表选择(见表7)。平板集热器阻力为每板约0.04m水头损失(流量100L/时)。太阳能强制循环泵选择表 表7集热
16、器面积单体并联块数单体并联组数串联级数循环管径水泵扬程水泵流量6080584612级DN3215m2.53.5m3/h801005105812级DN3220m3.34.2m3/h1001505126102级DN4020m4.26.3m3/h1502007128122级DN4025m6.38.4m3/h2002507129122级DN5032m8.410.5m3/h250280111211122级DN5020m10.512m3/h循环泵选型计算范例1:图14系统集热面积为78,按循环流量7870L/64 3510L/h;主管径DN32,根据循环管各管 段长度、流量选择适当管经,查水力计算表计算各
17、管段沿程水头损失,按30计局部损失,集热器阵列总阻力按每块集热器0.5m1m左右计.本系统水力计算见表8。从计算结果所需循换泵总扬程11.53m(循环流量3.51m3/h)选择ISG32-125A水泵,流量3.1/4.5/5.8 m3/h,扬程17.6m/16m/14.4m, 图14集热器阵列组合方式图例(一)电机功率0.55KW。 表8太阳能循环管路水力计算管段编号管段长度(m)流量(L/h)管径()流速(m/s)沿程水头损失每米损失(mmH2O)管段损失(mmH2O)0110.53510321.12111116612集热器阵列7.51170按20估算1.182581935233117032
18、0.3813393432340320.75501504523510321.121112225623510321.1211122267集热器阵列6.51170按20估算1.1825816777831170320.3813398932340320.7550150910113510321.121111221管段沿程水头损失合计:6821mmH2O按沿程水头损失30计算局部水头损失合计:6821 mmH2O302047mmH2O系统总水头损失6821mmH2O+2047mmH2O8868mmH2O8.87mH2O水泵扬程系统总水头损失1.311.5mmH2O循环泵选型计算范例2:(不推荐采用) 见图1
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