太陽能熱水器設計

1、太陽能熱水系統(tǒng)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(tǒng)主要由太陽能集熱系統(tǒng)和熱水供應系統(tǒng)構成；包括太陽能集熱器、貯水箱、循環(huán)管道、支架、控制系統(tǒng)、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(tǒng)。一、用戶基本情況調(diào)查1、環(huán)境情況城市名稱緯度HhaHhtHt.aHLrTaSyStfN福州26°0511.7724307.12412.1284436.52719.64.61665.540%50%10注：Hha為水平面年平均日輻照量，MJ/(m2·d); Hht為水平面年總輻照量，MJ/(

2、m2·a)；Ht.a為當?shù)鼐暥葍A角平面年平均日照量，MJ/(m2·d)；HLr為當?shù)鼐暥葍A角平面年總輻照量，MJ/(m2·a)；Ta為年平均環(huán)境溫度，；Sy為年平均每日的日照小時數(shù)，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=qrm式中：qr熱水用水定額，L/（b·d），查民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術手冊表1-11，最高日用水定額為為80L/（b·d），日均用水量按最高日用水定額的50%考慮，取40L/（b·d）；m用水計算單位數(shù)，定為4人。計算可得日均用熱水量

3、qrd=40*4=160L/d2.2日均耗熱量日均耗熱量計算公式：Qd=qrc（tr-tl）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；tr熱水溫度，tr=60；tl冷水溫度，查民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術手冊表1-16，定為20；m用水計算單位數(shù)，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=Khmqrc（tr-tl）/86400式中:Qh設計小時耗熱量，W；qr熱水用水定額，L/（b·d）；c

4、水的比熱容，c=4187J/（kg·）；熱水密度，kg/L；60水密度為0.983kg/L；tr熱水溫度，tr=60；tl冷水溫度；m用水計算單位數(shù)，定為4人；Kh小時變化系數(shù)，查民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)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(tǒng)類型的確定該別墅屬于低層居住建筑，根據(jù)太陽能熱利用表9.3，可得1、選用集中熱水系統(tǒng)；2、系統(tǒng)運行的方式選用強制循環(huán)系統(tǒng)，可以將儲水箱置于室內(nèi)，也不用高于集熱器；3、為了達到較高的效率，選擇直接系統(tǒng)，不使用換熱器；4、使用內(nèi)置加熱系統(tǒng)，即使

5、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(tǒng)。三、集熱器類型的確定太陽能熱水系統(tǒng)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(jù)太陽能熱水系統(tǒng)在一年中的運行時間、運行期內(nèi)最低環(huán)境溫度等因素確定。由于福建福州的平均溫度為19.6，年最低溫度不低于零度，連續(xù)陰雨天數(shù)不超過5天，所以不需要采取防凍措施，根據(jù)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(qū)性能好；質(zhì)量穩(wěn)定性也很好。四、集熱器面積的確定由于選用的是直接系統(tǒng)，所以根據(jù)直接系統(tǒng)集熱器總面積公式：AC=QWCW(tend-ti)

6、f/Jtcd（1-L）式中：AC直接系統(tǒng)集熱器采光面積，m2；QW日均用水量，kg；CW水的定壓比熱容，kJ/（kg·）；tend儲水箱內(nèi)水的終止溫度，；ti水的初始溫度，；Jt當?shù)卮悍只蚯锓炙谠录療崞魇軣崦嫔显戮蛰椪樟?，kJ/m2；f太陽能保證率，無量綱；根據(jù)系統(tǒng)試用期內(nèi)的太陽輻照、系統(tǒng)經(jīng)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(jù)經(jīng)驗值取0.40-0.50。L管路及儲水箱熱損失率，無量綱；根據(jù)經(jīng)驗值取0.2-0.25。其中QW=160/1000×992.212=158.75kg, CW=4.187 kJ/（kg·）, tend=

7、60，ti =20,f取45%，Jt=12.128 MJ/m2，L取根據(jù)經(jīng)驗選取0.2，cd根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)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(shù)據(jù)帶入式中得AC=2.16m2。五、集熱器安裝傾角確定根據(jù)太陽能熱利用可知，集熱器的安裝傾角應等于當?shù)氐乩砭暥?#177;10°。確定原則是：一般情況下，集熱器安裝傾角應與當?shù)氐乩砭暥纫粡?；如系統(tǒng)側重在夏季使用，其傾角宜為當?shù)氐乩砭暥葴p10°；如系統(tǒng)側重在冬季使用，其傾角宜為當?shù)氐乩砭暥燃?0°。因此選擇集熱器的安裝傾角取當?shù)鼐暥?6

8、6;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(lián)，但每排并聯(lián)數(shù)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(lián)，但每排串聯(lián)的最大數(shù)目應根據(jù)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時，串聯(lián)的集熱器不宜超過3個（每個集熱器的聯(lián)箱長度不大于2m）；4、對于自然循環(huán)系統(tǒng)，為保證熱虹吸壓頭大于流動阻力損失壓頭

9、，每個系統(tǒng)全部集熱器數(shù)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(huán)系統(tǒng)可分成若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)中并聯(lián)集熱器的數(shù)目不宜超過24個，也即每個子系統(tǒng)的集熱器面積不宜超過48 m2；5、對于強制循環(huán)系統(tǒng)，由于采用水泵進行循環(huán)，能夠克服較大的流動阻力，所以可根據(jù)系統(tǒng)具體布置，靈活采用并串聯(lián)或串并聯(lián)的方法。本設計采用并聯(lián)的形式，集熱器數(shù)目為2臺，型號為SCS-1110，面積為800×2400mm。九、集熱器組的相互連接集熱器組之間采用“同程原則”布置成并聯(lián)，即使每個集熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)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(nèi)的流量平均分配。十、儲水箱的

10、設計1、儲水箱容積的確定根據(jù)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(nèi)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(yè)空間，要求與四周保持不小于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(huán)保、節(jié)能；2、采用電能加熱；由民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術手冊4-21式得當電作為輔

11、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(shù)；水加熱設備的熱效率，95%97%，取95%。則W=6.57 kW。十二、管路設計的基本原則1、為了減少系統(tǒng)的流動阻力，循環(huán)管路應盡量短而少彎；2、如果因系統(tǒng)布局要求循環(huán)管路必須繞行，則繞行的循環(huán)管路應是冷水管或低溫水管，而不是熱水管；3、集熱器循環(huán)管路應有0.3%-0.5%的坡度，以避免氣塞；4、在自然循環(huán)中，應使循環(huán)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(tǒng)中，循環(huán)管路的坡度應使系統(tǒng)的水自動回流到儲水箱，不應積存；6、在循環(huán)管路中，易發(fā)生氣塞的位置應設有排氣閥；用于防凍的回流系統(tǒng)或排放系統(tǒng)應設有吸氣閥；7、在強迫循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路上，宜設有防止傳熱工質(zhì)夜間倒流散熱的單向閥；8、間接系統(tǒng)的循環(huán)管路上應設有膨脹罐；封閉間接系統(tǒng)的循環(huán)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(lián)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(diào)接或控制。根據(jù)民用建筑太陽能熱水系