太陽(yáng)能熱水器設(shè)計(jì)

1、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者：4141 學(xué)號(hào)：4141 班級(jí)：新能源1101前言：太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成；包括太陽(yáng)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(shè)備和附件。本設(shè)計(jì)將為一個(gè)地理位置為福建福州的兩層小型別墅設(shè)計(jì)一個(gè)合適的太陽(yáng)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(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面年平均日照量，MJ/(m2·d)；HLr為當(dāng)?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(shí)數(shù)，h; f為年太陽(yáng)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(jì)算公式：qrd=qrm式中：qr熱水用水定額，L/（b·d），查民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)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(jì)算單位數(shù)，定為4人。計(jì)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(jì)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(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)表1-16，定為20；m用水計(jì)算單位數(shù)，定為4人。計(jì)算可得日均耗熱量Qd=1219.50W2.3小時(shí)耗熱量小時(shí)耗熱量計(jì)算公式：Qh=Khmqrc（tr-tl）/86400式中:Qh設(shè)計(jì)小時(shí)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(jì)算單位數(shù)，定為4人；Kh小時(shí)變化系數(shù)，查民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)表4-3，取5.12。計(jì)算得到小時(shí)耗熱量Qh=6243.94W3、場(chǎng)地情況福建福州，二層別墅。4、水電情況全天24小時(shí)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(yáng)能熱利用表9.3，可得1、選用集中熱水系統(tǒng)；2、系統(tǒng)運(yùn)行的方式選用強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，可以將儲(chǔ)水箱置于室內(nèi)，也不用高于集熱器；3、為了達(dá)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(dòng)方式選擇按需手動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)。三、集熱器類型的確定太陽(yáng)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(yīng)根據(jù)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在一年中的運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)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(yáng)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(chǔ)水箱內(nèi)水的終止溫度，；ti水的初始溫度，；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(yáng)能保證率，無(wú)量綱；根據(jù)系統(tǒng)試用期內(nèi)的太陽(yáng)輻照、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(wú)量綱；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取0.40-0.50。L管路及儲(chǔ)水箱熱損失率，無(wú)量綱；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(yàn)選取0.2，cd根據(jù)民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)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(yáng)能熱利用可知，集熱器的安裝傾角應(yīng)等于當(dāng)?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(yīng)與當(dāng)?shù)氐乩砭暥纫粡垼蝗缦到y(tǒng)側(cè)重在夏季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)氐乩砭暥葴p10°；如系統(tǒng)側(cè)重在冬季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)氐乩砭暥燃?0°。因此選擇集熱器的安裝傾角取當(dāng)?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(yīng)朝向正南或南偏東、南偏西不大于30°。設(shè)計(jì)中選擇正南的方向。七、集熱器在建筑中的設(shè)置因?yàn)榧療崞靼惭b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(gè)，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(yīng)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(shí)，串聯(lián)的集熱器不宜超過3個(gè)（每個(gè)集熱器的聯(lián)箱長(zhǎng)度不大于2m）；4、對(duì)于自然循環(huán)系統(tǒng)，為保證熱虹吸壓頭大于流動(dòng)阻力損失壓頭

9、，每個(gè)系統(tǒng)全部集熱器數(shù)目不宜超過24個(gè)，即全部集熱器面積不宜超過48 m2。對(duì)較大面積的自然循環(huán)系統(tǒng)可分成若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)中并聯(lián)集熱器的數(shù)目不宜超過24個(gè)，也即每個(gè)子系統(tǒng)的集熱器面積不宜超過48 m2；5、對(duì)于強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，由于采用水泵進(jìn)行循環(huán)，能夠克服較大的流動(dòng)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(shè)計(jì)采用并聯(lián)的形式，集熱器數(shù)目為2臺(tái)，型號(hào)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(gè)集熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)的流入途徑與回流路徑的長(zhǎng)度基本相同，從而使集熱器組內(nèi)的流量平均分配。十、儲(chǔ)水箱的

10、設(shè)計(jì)1、儲(chǔ)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(chǔ)水箱的容積為200L。2、儲(chǔ)水箱定位為很好地利用由于水箱內(nèi)水的分層效應(yīng)，采用頂水法，即熱水供應(yīng)出水管安排在水箱頂部，自來水補(bǔ)水管插入到水箱下部，補(bǔ)水口距水箱底部10-15cm，集熱器進(jìn)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(chǔ)水箱上面及周圍應(yīng)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(shè)計(jì)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(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)4-21式得當(dāng)電作為輔

11、助熱源時(shí)，其計(jì)算公式：W=Qh/（1000）式中：W耗電量，kW；Qh設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量，W；1000單位換算系數(shù)；水加熱設(shè)備的熱效率，95%97%，取95%。則W=6.57 kW。十二、管路設(shè)計(jì)的基本原則1、為了減少系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，循環(huán)管路應(yīng)盡量短而少?gòu)潱?、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(yīng)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(yīng)有0.3%-0.5%的坡度，以避免氣塞；4、在自然循環(huán)中，應(yīng)使循環(huán)管路朝儲(chǔ)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(yīng)使系統(tǒng)的水自動(dòng)回流到儲(chǔ)水箱，不應(yīng)積存；6、在循環(huán)管路中，易發(fā)生氣塞的位置應(yīng)設(shè)有排氣閥；用于防凍的回流系統(tǒng)或排放系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有吸氣閥；7、在強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路上，宜設(shè)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(yīng)設(shè)有膨脹罐；封閉間接系統(tǒng)的循環(huán)管路上同時(shí)還應(yīng)設(shè)有壓力安全閥和壓力表，不應(yīng)設(shè)有單向閥和其他可關(guān)閉的閥門；9、當(dāng)多排或多層集熱器組并聯(lián)時(shí)，每排或每層集熱器組的進(jìn)出口管道中應(yīng)設(shè)輔助閥門，以備調(diào)接或控制。根據(jù)民用建筑太陽(yáng)能熱水系