太陽能熱水器設(shè)計工程

1、、基本情況18*100m2,共六層每層可一居民小區(qū)，共十個單元，每單元樓房占地面積約: 住8戶人家。二、設(shè)計要求1、系統(tǒng)產(chǎn)水量：以每戶每天平均用水 45 一150L量設(shè)計2、晴天以太陽加熱為主，陰天以電輔助加熱為主。3、用水方式：全天候24小時供應(yīng)熱水。表1昆明市環(huán)境條件昆明緯度25.01經(jīng)度102.41海拔高度1892.4月份123456月平均室外氣溫8.19.913.216.61919.9水平面月平均日太陽總福照度13.32215.92818.36819.42317.65514.565月日照小時數(shù)231.5227.2264252.8219.6140.2月份789101112月平均室外氣溫1

2、9.819.417.815.411.68.2水平面月平均日太陽總福照度13.57114.68112.95011.63411.59011.884月日照小時數(shù)128.4149.5127.8149175.7208.6、熱水系統(tǒng)方案的選擇集熱上循環(huán)管排氣閥T1* 集熱下循環(huán)管L、一匚一、 x-r閥2回水管路閥31厶'N輔助熱一JlJ儲熱水箱一J控制開關(guān)閥1自 來 水泵1閥4 一T4 _|二 I源斷泵恒溫混水器控制器圖1太陽能儲能平板集熱器熱水系統(tǒng)系統(tǒng)工作方式:1. 定溫上水：集熱器出口溫度 T2達(dá)到50 一時，電磁閥1開啟，自來水通過集 熱器下循環(huán)管將水頂入集熱水箱中，T2溫度降至4巳：時，電

3、磁閥1關(guān)閉；,2. 當(dāng)檢測到集熱水箱中的水達(dá)到水位上限時，控制器控制閥2開啟，集熱水箱中的水被排入儲熱水箱中；3. 溫差循環(huán)：集熱器出口溫度T2比儲熱水箱中溫度T4高出10 一時，溫差循環(huán) 泵1啟動，儲熱水箱內(nèi)的水將集熱器中的水頂入集熱水箱中，集熱水箱中的 水滿后放入儲熱水箱中，直至T4比T2高于2 一時，溫差循環(huán)泵1停止工作, 系統(tǒng)完成溫差循環(huán)集熱；4. 系統(tǒng)在太陽能集熱狀態(tài)下執(zhí)行溫控上水和溫差循環(huán)功能，在輔助加熱狀態(tài)下 執(zhí)行箱溫上水和溫控、時控加熱功能；5. 箱溫上水：首先電磁閥2開啟，集熱水箱放空至儲熱水箱中，同時系統(tǒng)檢測儲熱水箱水溫，若T4高于50 _，電磁閥1開啟，系統(tǒng)通過集熱場上水

4、至儲 熱水箱，直至儲熱水箱水位滿止，若儲熱水箱中T4低于45 1_，啟動空氣源熱泵進(jìn)行輔助電加熱。6. 溫控加熱：系統(tǒng)根據(jù)儲熱水箱溫度自控加熱，T4溫度低于45 一時，輔助電加熱啟動后，空氣源熱泵加熱儲水箱中的水，直至T4達(dá)到50 一停止加熱。7. 防凍保護(hù)：冬季如果環(huán)境溫度低于 4 一時，電磁閥4開啟，集熱系統(tǒng)中的水 全部回流至儲熱水箱中，防止集熱系統(tǒng)因溫度過低而損壞。8. 即熱用水：熱水循環(huán)管路水溫低于 38%$；電磁閥3開啟，啟動變頻泵2, 儲熱水箱中的熱水循環(huán)至管路中，延時 8分鐘后電磁閥3關(guān)閉，淋浴末端用 水即熱。四、集熱器4.1集熱器類型的確定據(jù)建國以來的氣象資料統(tǒng)計，昆明年均氣溫

5、14.5 C,最熱月（7月）平均氣溫19.7 C,最冷月(1月)平均氣溫7.5 C,年溫差1213 C。一月份日最低氣溫不 會低于0度，可以選著平板型集熱器，首先，在日平均效率方面，平板型太陽能 集熱器要優(yōu)于真空管太陽能集熱器。目前，平板型太陽能集熱器熱效率一般為 60%，而真空管太陽能集熱器的熱效率一般為50%。集熱器內(nèi)的水溫處于 50°C以下時，平板型集熱器的瞬時熱效率大于真空管集熱器。而普通太陽能集熱器的 溫度一般為中溫或低溫，所以普通的太陽能集熱器在運(yùn)行時， 平板型集熱器的瞬 時效率要高于真空管集熱器。故選擇平板型集熱器。4.2平板集熱器面積的確定根據(jù)GBT 18713-20

6、02太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范A1直接系統(tǒng)的集熱器總面積：集熱器采光面積可根據(jù)用戶的每日用水量和用水溫度確定，按式(A1)估算：.二。常環(huán)(匕州總_$)±f式中：Ac直接系統(tǒng)集熱器采光面積，m2Qw日均用水量，kg;Cw水的定壓比熱容，kJ/ (kg C);ten儲水箱內(nèi)水的終止溫度，C ；ti水的初始溫度，c；Jt當(dāng)?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)使用期內(nèi)的太陽輻照，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性及用戶要求等因數(shù)綜合考慮確定，宜為 30%80%;n cd集熱器全日集熱效率，無量綱；根據(jù)經(jīng)驗值取0.400.55,。n l管路及儲水

7、箱熱損失率，無量綱；根據(jù)經(jīng)驗值取0.20.25b日均用水量：Qw =150kg*8*6=7200kg ； 水的定壓比熱容：Cw = 4.2kJ/(kg C)； 儲水箱內(nèi)的水的終止溫度：tend =掰_ ；自來水溫度：ti =15l ;昆明地區(qū)集熱器采光面上的年平均日輻照量查表可得：Jt =14.63 103kJ/m2;太陽能保證率：f=70%;平板集熱器平均集熱效率：n cd =50% ；管路及儲水箱熱損失率：n l =25% 將以上值帶入（A1）公式中可得系統(tǒng)集熱器的采光面積：2Ac=135.0m每個平板集熱器的面積S=2m2;所需集熱器的個數(shù)：.）1 ;4.3集熱器定位圖2集熱器安裝示意圖

8、4.3.1集熱器定向集熱器擺放面為正南方位。4.3.2集熱器安裝傾角根據(jù)昆明氣候條件，月平均日輻照量及GBT 18713-2002太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范等綜合考慮，集熱器的安裝傾角設(shè)為30 o集熱器安裝的垂直高度：H=2；乩匸典）=1m433集熱器排列間距昆明地區(qū)維度：敖-2512 月份平均赤維角：；- 1將二二二即為12月10日帶入上式得:；二=嬴滬時角航：以當(dāng)?shù)刂形?2點算劉7 _昆明地區(qū)12月份9點鐘的太陽高度角：sina = sin(psin6 + cospcosScosaj=0.669=42:為了避免遮擋，集熱器距離遮光物的距離：D二 X 場i(=1只為1-1.1

9、1m 取 D=1.2m4.3.5集熱器陣列共需135個平板型集熱器，每排并聯(lián)集熱器數(shù)10個，共需14排。五、水箱設(shè)計5.1水箱容積的確定對于太陽能熱水系統(tǒng)，由于太陽能資源的不確定及不穩(wěn)定性，為滿足用戶 24小時用水要求，根據(jù)實際情況，考慮儲熱水箱水量、太陽集熱功率和用戶用 水量之間的關(guān)系，太陽能熱水系統(tǒng)宜設(shè)計為集熱水箱和儲熱水箱組合式系統(tǒng)。該系統(tǒng)水箱有效容積應(yīng)為7.2t，故將儲熱水箱容積設(shè)計為8t，集熱水箱容 積設(shè)計為2t，自來水中的水進(jìn)過集熱器被加熱到一定溫度后，先進(jìn)入集熱水箱， 當(dāng)集熱水箱中的水儲存滿后，再由循環(huán)泵送入儲熱水箱(罐)中以供用戶使用，輔助熱源與儲熱水箱連接，太陽輻照量不足的情

10、況下，系統(tǒng)控制供熱水箱中的輔助 熱源對儲熱水箱中的水加熱。5.2水箱形狀的設(shè)計5.21集熱水箱的設(shè)計集熱水箱設(shè)計公式:二曲點集熱水箱半徑：R=0.63m集熱水箱高度：H=1.75m集熱水箱容積：V=：冥;牡孑,75=2.0m35.22儲熱水箱容積設(shè)計儲熱水箱設(shè)計公式：；.：: <儲熱水箱半徑：R=1.01m儲熱水箱高度：H=2.35m儲熱水箱容積：V=: 3.5.3水箱材料的選擇集熱水箱：內(nèi)膽：采用進(jìn)口 SUS304食品級不銹鋼0.6mm板材，亞弧焊接而成，外皮：為0.4mmSUS202彩鋼板裝飾，保溫層：50mm厚聚氨酯發(fā)泡保溫。儲熱水箱：內(nèi)膽：采用進(jìn)口 SUS304食品級不銹鋼0.8

11、mm板材，亞弧焊接而成，外皮：為0.6mm SUS202彩鋼板裝飾，中間層：50mm厚聚氨酯發(fā)泡保溫。5.4水箱位置的選擇集熱水箱放置在有足夠承載能力的房頂梁柱上，于集熱器同一高程，設(shè)置有 上下水管和緊急排水通道，水箱與地面間做防水處理。儲熱水箱與輔助熱源、控制系統(tǒng)一起設(shè)置在樓層的底部。六、輔助熱源加熱系統(tǒng)設(shè)計6.1輔助能源的選擇太陽能熱水系統(tǒng)的輔助能源加熱系統(tǒng)有多種形式，實際設(shè)計中應(yīng)根據(jù)用戶的 實際情況，操控方便性綜合考慮。目前常見的輔助能源加熱形式有：內(nèi)置式電加 熱器、電鍋爐、燃?xì)忮仩t、熱泵、燃油鍋爐和燃煤爐。由于燃煤鍋爐和燃油鍋爐會產(chǎn)生較大的污染， 對小區(qū)的環(huán)境造成很大的影響， 下面我們

12、只對內(nèi)置式電加熱器、熱泵、天燃?xì)忮仩t等三中形式的輔助熱源的經(jīng)濟(jì) 效益、安全及操控方便性進(jìn)行綜合分析，從而選擇合理的輔助熱源方案。表2輔助熱源經(jīng)濟(jì)分析輔助加熱方式內(nèi)置式電加熱器燃?xì)忮仩t空氣源熱泵能源種類電天然氣電安全指數(shù)較危險危險安全實際熱值817 千卡 /kw h6450 千卡 /m33870 千卡 /kw h燃料價格0.6 元/kw h3.5 元/ m30.6 元 /kw h日消耗燃料1107kw h140 m3233 kw h日運(yùn)行費(fèi)用664491140年能源費(fèi)用6059044803.71277510年熱泵節(jié)約費(fèi)用478150320287注：制熱工作狀況為：進(jìn)水溫度 15C，出水溫度45C

13、以上。表中每天用水量為 7.2噸， 熱水溫度為45C、升溫30 C為例計算，燃料價格按市場價為參考，電費(fèi) 0.6元/度；太陽能 按每年25%陰雨天氣進(jìn)行輔助能源加熱計算。6.2輔助熱泵功率輔助能源加熱系統(tǒng)的功率單位一般為kW，單位時間轉(zhuǎn)換的能量為kW根據(jù)能量守恒定律我們可以得到如下計算公式；3600PT1 = CpinAtmAtP = 0.001163 式中P輔助能源加熱系統(tǒng)的功率，kW;T輔助能源加熱系統(tǒng)的工作時間，h;H輔助能源加熱系統(tǒng)的效率，%;水的定壓比熱容，=4.1868kj/(kg _);_：儲熱水箱水的溫升，1_;刪被加熱水的質(zhì)量，kg。需加熱水的質(zhì)量：制=7200kg；水被加熱

14、升高的溫度：二=301;加熱時間：T=8h;轉(zhuǎn)化效率：=1;熱泵的功率：P=31.2KW6.3熱泵的選型：由上式計算可知，為了達(dá)到熱水用量設(shè)計要求，主機(jī)能力不應(yīng)小于31.2KW，故選擇1臺RSJ-380/S-820熱泵機(jī)組，總制熱量為38.5KW，故滿足設(shè)計要求6.4工作示意圖中*愎水機(jī)電送隹翎戶活鏤巫力應(yīng)水泵 過逋辭 止回閥自嫌水圖3空氣源熱泵工作示意圖如果遇到陰雨天氣，太陽輻照度不足，這時產(chǎn)水量不足以滿足用戶的使用要求，需要空氣源熱泵輔助加熱。當(dāng)檢測到儲熱水箱中的水低于45 _，或低于水位下限時，集熱水箱的控制閥門開啟，水從集熱水箱中全部流入儲熱水箱中， 打開自來水控制閥，將集熱器中 的水

15、循環(huán)至儲熱水箱中，直至水箱水滿為止，同時檢測儲熱水箱中的水溫，當(dāng)水 溫低于45 一時，控制輔助熱源空氣源熱泵啟動加熱，當(dāng)儲熱水箱中的水溫達(dá)到 50啼時，加熱停止。七、管路系統(tǒng)設(shè)計7.1管路系統(tǒng)示意圖混水器自來水儲熬水箱圖5機(jī)械循環(huán)熱水供應(yīng)系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)運(yùn)行原理:圖中紅色線代表供水管路，綠色線代表回水管路，儲熱水箱中的水經(jīng)過水泵 加壓后，送入恒溫?zé)崴鳎銣責(zé)崴鲗崴渲械臒崴c自來水中的冷水混 合后送出恒溫恒壓的熱水供給用戶使用，剩余的水經(jīng)過綠色管路循環(huán)回到儲熱水 箱，循環(huán)利用。熱水循環(huán)管路中設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器，當(dāng)溫度傳感器檢測到熱水管路中的熱水溫度低于 38 _時，控制循環(huán)水泵啟

16、動，將管路中的冷水循環(huán)至儲熱水箱中，再將儲熱水箱中的熱水循環(huán)至管路中，用戶用水即熱。八、水泵的選型水泵選型為廣東凌霄BJZ100不銹鋼1KW自吸清水泵。BJZ系列自吸泵，自吸 性能高達(dá)9米，泵體及泵軸采用SUS304不銹鋼，機(jī)械式軸封，射流器、導(dǎo)葉采 用高強(qiáng)度耐熱工程塑料，設(shè)計輕巧美觀、耐腐蝕、不生銹、壽命長、高揚(yáng)程。適 用于輸送純凈水、清水、海水、弱腐蝕性液體，液體溫度小于60度，符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其參數(shù)為：額定揚(yáng)程：20m最大揚(yáng)程：36m額定流量：1.5m2/h最大流量：3m2/h電源參數(shù)：220V/50HZ價格：650元/臺九、工程預(yù)算9.1平板集熱器的選型及價格Solera今喜來太陽

17、能平板集熱器價格：860元/臺圖6平板熱水器表3 Solera今喜來太陽能平板集熱器技術(shù)參數(shù)集熱器類型工程類型號P-G/0.6-L/HG-1.88-1外形尺寸（mm）2000*1050*80重量34kg有效米光面積1.88m2制造標(biāo)準(zhǔn)GB/T6424-2007集熱器類型H型/支管豎置流道材料無氧銅流道Ql0mm*0.8*8制造工藝釬焊工作壓力0.8MPa吸熱板材料整板鋁涂層進(jìn)口藍(lán)膜顏色藍(lán)色吸熱面厚度1960*960（ mm）0.4mm吸收率95%發(fā)射率12%焊接工藝激光焊接玻璃類型地鐵、布紋、銅化玻璃含鐵量< 0.01%透光率透光率91.6%，達(dá)到 ANS1297-1975 , BS62

18、06A 和 JIS R3206 標(biāo)準(zhǔn)厚度3.2mm保溫層類型玻璃纖維棉和聚酯棉保溫規(guī)格厚度：40mm 密度卩：40kg/m3厚度：45mm 密度卩：40kg/m3類型標(biāo)準(zhǔn)鍍鋁鋅板外殼材料S： 0.5mm接口連接口022mm、025mm單價860元合計860*68=58480 元9.2水箱的選型及價格圖7水箱表4哈密瓜保溫水箱技術(shù)參數(shù)品牌哈密瓜保溫水箱集熱水箱熱損性能環(huán)境溫度10壬情況下24小時水溫度降幅35：C容積2t尺寸01260mm*H1750mm內(nèi)膽材料SUS304厚度0.6mm外膽SUS2020.4mm保溫層聚氨酯50mm價格2100 元儲熱水箱熱損性能環(huán)境溫度10弋情況下24小時水溫降幅35丫容積8t尺寸席 2020mm*H2350mm內(nèi)膽材料SUS304厚度0.8mm外膽SUS2020.6mm保溫層聚氨酯50mm價格5600 元合計7700 元9.3空氣源熱泵的選型及價格表5美的空氣源熱泵技術(shù)參數(shù)品牌美的空氣能熱水機(jī)型號RSJ-380/S-820制熱量kW38.5額定功率kW8.7出水溫度C（默認(rèn)）55C, 48C60C范圍內(nèi)可調(diào)電能規(guī)格380V 3N 50/60Hz運(yùn)行控制可手動、自動開關(guān)機(jī)，有多重保護(hù)和故障報警功能價格35000 元圖8美的