太阳能热水设计指南..pdf
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1、东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 1 页 共 55 页 一、设计前的现场查勘 1 在安装地点根据现场情况判断是否基本上可以满足热水系统之安装条件。 2 现场测量(在基本可以满足热水系统安装条件的前提下): 2.1. 设备安装在屋顶: 2.1.1屋顶天面尺寸(包括天面水池、楼梯间及其它建(构)筑物的平面和高度尺寸)。 2.1.2 了解整栋房屋的结构和天面承载情况,测量承重的墙、承重梁的位置分布尺寸和结 构尺寸。 2.1.3消防管及其他管道的分布和高度尺寸。 2.1.4是否堆有易燃、易爆物品。 2.2. 设备安装在地面: 2.2.1地面尺寸(包括与所安装的热水设备有关的建筑的平面的高度)。
2、 2.2.2设备安装周边的通风、防热、消防情况。 2.3. 指南针的正确使用: 2.3.1测量现场是否有强磁场。 2.3.2 使用指南针测量时,周边不能有磁场干扰物,不能放在天面上任何一处的钢筋混凝 土物上测量。 2.3.3用手平端指南针,找准参照物和太阳的方位进行测量。 3 测量集热器与周边遮阳物的距离及可能对集热器产生阴影的建(构)筑物的高度。 4 水源:了解供给热水系统的水源是自来水还是地下水,如果是地下水, 要向用户了解 水质情况, 如对热水系统可能造成危害的,要进行水质化验, 不合格时则应向用户提 出增加水处理设备。当冷水从天面水池接入时,要测量水池的最高水位和最低水位; 从市政管网
3、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。 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,还应了解频率、相电压、线电压情况, 并了解从电源接驳点至需用电的热水设备间的布线情况,要注意避开易燃、易爆和腐。 蚀场所。 6 燃油(气)的供给:对已确认的使用燃油(气)作加热装置或辅助加热装置的要了解 燃油(气)接驳位置和燃气的种类、压力能否满足要求;对于已有地下储油设施的, 或只设地面油泵的及从活动油车将油从地面抽入天面油箱时,均应与
4、客户协商好天面 油箱、地面油泵的位置及大小(油箱与燃油热水锅炉应有7米以上的安全距离)。 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 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 2 页 共 55 页 1 集热器的朝向: 1.1. 平板集热器、玻璃真空管和热管等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:在低纬度23 处为 20 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,在坡屋面安装时,
5、其方 位可作进一步调整,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集热管、 玻璃真空热管集热管的最佳倾角是集热 面与太阳能光线垂直, 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
6、15o,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 一般以遮阳物的高度的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承载的要求 1 一般地区 屋面的承载力应大于150/。 2 沿海地区 因有台风的影响,屋面的承载应大于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: 承重梁尺寸与荷载选择表表 1 梁 荷尺 载寸 形 状 600400 (高
7、宽) 550350 (高宽) 500300 (高宽) 450250 (高宽) 400200 (高宽) 十字型8m 3 7m 3 6m 3 4m 3 3m 3 T 字型6m 3 5m 3 4.5m 3 3m 3 2m 3 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 3 页 共 55 页 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(参照表2)或预制钢筋混凝土反梁做水箱加强基础(应由设计院设计)。 水箱加强底座工字钢选型表 2 B A C 4m 3 5m 3 6m 3 7m 3 8m 3 9m 3 10m 3 15m 3 20m 3 25m 3 30
8、m 3 3m 10# 10# 12.1# 12.6# 12.6# 12.6# 10# 4m 12.6# 14# 14# 16# 16# 16# 16# 18# 16# 18# 20a# 6m 16# 18# 18# 20a# 20b# 22a# 20b# 25a# 25b# 28b# 32a# 7.5m 18# 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 D:10m 3 以上水箱宜采用卧式设计 注:以上工字钢选型是按水箱底座安装示意图计算的。(参见图 63) 五、热、开水用量计算
9、 1 热水用量(水温以60为标准)表 3 用 水 量 场 所 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 沐 足10L/人次 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 /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
10、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 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 4 页 共 55 页 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。 1 自然循环系统: 自然循环系统是利用水的温度 差进行循环,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) 。 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
11、不超过 6 块。 (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 阵列一般不超过 4个单体 并联。 (见图 3) 1.3 上、 下循环管的连接方式: 因为是自然循环,故要求系统的上、下循环管弯头尽可能少一些,否则,循环阻力过大, 会影响系统的热效率。 当采用一个独立系统不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使用90 度弯头,应使用135 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
12、: 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 积应等于几个集热器单体并联进出口与循环管接驳时截面积总和的70%90%。 (见表 4) 表 4 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DN25 DN32 DN40 DN50 DN50 DN50 DN50 DN65 1.5 水箱设置:每个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 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 5 页 共 55 页 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 箱内的水进行循环, 它的特点是蓄热水箱 的位置不
13、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 器阵列末端上循环出口的温度传感器之 间的温度差控制水泵的起动运行, 其温差 值在 58之间。 (见图 7) 2.2. 安装面积:每个独立系统的集热器面积 一般应在 60 至 280 之间。单个独立 系统的集热面积太小, 导致单位面积造价 增加,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 的安装密封要求。 2.3.集热器的连接方式 (见图 8、图 9、图 10) 2.4. 上、下循环管的连接方式 图8 并列阵列 图9 串并连阵列方式之
14、一 图10 串并连阵列方式之二 串联级数 2级 串联级数 2级 每个阵列 8个单体并联 每级单体 并联 数6个 每级 单体 并联 数6 个 每个单体并联 12块集热器 每个单体并联不超过 12块集热器 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 6 页 共 55 页 上、下循环管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;要求上循环管有不小于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) 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
15、的 60% (见表 5)表 5 集热器组数一组二组三组四组五组六组 循环管管径DN20 DN25 DN32 DN32 DN40 DN40 2.6. 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) 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/m2)计算,水泵扬程为系统总水头损失的1.31.5 图13 两个串并联系统共一个水箱的强制循环系统 蓄热水箱 排气阀循环水泵
16、蓄热水箱 蓄热水箱 循环水泵 排气阀 集热器 集热器 图11 串并联系统之一 图12 串并联系统之二 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 7 页 共 55 页 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 6) 太阳能强制循环泵选择表 表 6 集热器面积 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 608058 46 12 级DN32 15m 2.53.5m 3/h 80100510 58 12 级DN32 20m 3.34.2m 3/h 100150512 610 2 级DN40 20m 4.26.3m 3/h 150200712 812
17、 2 级DN40 25m 6.38.4m 3/h 200250712 912 2 级DN50 32m 8.410.5m 3/h 2502801112 1112 2 级DN50 20m 10.512m 3/h 循环泵选型计算范例:图14 系统集热面 积为 78m 2,按循环流量 78 70L/ 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7。从计算结果所 需循换泵总扬程 11.53m(循环流量 3.51 m3/h) 选择
18、ISG32-125A 水泵,流量 3.1/4.5/5.8m 3/h,扬程 17.6m/16m/14.4m,电机功率 0.55KW。 表 7 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 (mm) 流速 (m/s) 沿程水头损失 每米损失 (mmH 2O) 管段损失 (mmH2O) 0110.5 3510 32 1.12 111 1166 12集热器阵列 7.5 1170 按 20 估算1.18 258 1935 233 1170 32 0.38 13 39 34 3 2340 32 0.75 50 150 45 2 3510 32 1.12 111 222 56
19、2 3510 32 1.12 111 222 67 集热器阵列 6.5 1170 按 20 估算1.18 258 1677 78 3 1170 32 0.38 13 39 89 3 2340 32 0.75 50 150 910 11 3510 32 1.12 111 1221 管段沿程水头损失合计:6821mmH 2O 按沿程水头损失30%计算局部水头损失合计:6821 mmH 2O30%=2047 mmH2O 系统总水头损失=6821 mmH 2O2047mmH2O=8868 mmH2O=8.87mH2O 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 8 页 共 55 页 水泵扬程 =系统总水
20、头损失1.3=11.5 mmH 2O 循环泵选型计算范例2: (不推荐采用) 见图 15,系统为二个一级并联, 主管管径配置如图所示。 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。该系统水力计算见 表 8。从计算结果所需循换泵总扬程按主 管采用 DN32 和 DN40 两种配置计算(循 环流量 3.51m 3/h)分别选择:主管 DN32 时: 所需水泵扬程 11.5米, 可选择 ISG32-125A水泵, 流量 3.1/4.5/5.8m 3/h, 扬程 17.6m/16m/14.
21、4m, 电机功率 0.55KW;如果系统循环管主管采用DN40 时,所需水泵扬程5.09 米,也可选择 ISG32-125A 水泵,流量 3.1/4.5/5.8m 3/h,扬程 17.6m/16m/14.4m,电机功率 0.55KW。 表 8 太阳能循环管路水力计算比较 管段编号管段长度( m ) 流量 (L/h ) 管径 (mm ) 流速 (m/s) 沿程水头损失 每米损失 (mmH2O ) 管段损失 (mmH2O ) 0124 5040 32/40 1.61/1.2 228.43/105.3 5482/2527 12 7.5 2520 25/32 1.48/0.81 288.15/57.1
22、1 2161/428 23集热器阵列 6.5 840 按 20估算0.9 51 332 34 3 840 25/32 0.53/0.29 36/7.7 108/23 45 3 1680 25/32 0.99/0.54 129/25.4 387/76 56 1 2520 25/32 1.48/0.81 288.15/57.11 288/57 67 4.5 5040 32/40 1.61/1.2 228.43/105.3 1028/474 管段沿程水头损失合计: 主管 DN32时为: 9786 mmH2O ;主管 DN40时为: 3917 mmH2O 按沿程水头损失30% 计算局部水头损失合计:
23、主管 DN32时为: 2936 mmH2O ;主管 DN40时为: 1175 mmH2O 系统总水头损失:主管DN32时为: 12722 mmH2O ;主管 DN40时为: 5092 mmH2O 主管 DN32时, 水泵扬程 =系统总水头损失1.3=11.5 mH2O 主管 DN40时, 水泵扬程 =系统总水头损失1.3=6.63 mH2O 注:循环管路管道流速一般可选择1.0 米/ 秒1.5 米/ 秒左右,对环境有特殊要求的场合 管道流速可选择小一些,具体需根据实际情况灵活处理。 2.8.强制循环泵的控制 D N 2 5 / D N 3 2 D N 3 2 / D N 4 0 1 图15 集
24、热器阵列组合方式图例二 DN32/DN40 0 DN25/DN32 7 6 5 DN25/DN32 D N 2 5 / D N 3 2 D N 2 5 / D N 3 2 D N 2 5 / D N 3 2 D N 2 5 / D N 3 2 4 D N 2 5 / D N 3 2 D N 2 5 / D N 3 2 2 3 东莞市五星太阳能有限公司工程设计指南 第 9 页 共 55 页 强制循环泵应设计安装在下循环总管 上,将蓄热水箱内的水抽入集热器并将其 热水顶回蓄热水箱,对于水箱水位低于最 高位置集热器的应在泵前设置单向止回 阀,以防止集热器内的水倒流回蓄热水箱, 使集热器空晒而影响热效
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