太阳能系统总结

集中集热、集中贮水、分户计量方式太阳能热水系统的规划设计原则 太阳能厂家，清华光达 吴经理 电话:13552100738

1、在规划布局时，应满足每日日照时数不少于4h的要求，集热器互不遮挡，有足够间距。 2、贮水箱的容量一般等于每日的热水使用量，有条件做储备时，容积宜设计为1.5倍的每日热水用量，贮水箱需按要求做保温，所在位置应具有相应的排水、防水措施，应留有足够的安装、检修空间，净空不宜小于600mm。贮水箱上方和周围应留有符合规范的安装检修空间，不小于600mm。

3、辅助热源可选用燃气（包括煤气、天然气、液化石油气）或电

4、贮水箱宜靠近太阳集热器，以缩小其中连接管线中的热损耗。辅助热源宜靠近贮水箱。 5、太阳能集热器设置在坡屋面上是太阳能热水系统与建筑结合的最佳方式之一。

6、太阳能集热器接收阳光的最佳角度随季节变化，全年使用系统的倾角为当地纬度，冬季为当地纬度增加10°，夏季等于当地纬度减少10°，建筑设计宜考虑的热水的使用需求，太阳能集热器的最佳倾角，结合建筑形体比例的调整，对坡屋顶破度造型的推敲等因素，综合酌情确定建筑坡屋顶的角度。一般原则是：建筑坡屋面的坡度宜等于太阳能集热器接收阳光的最佳角度，即当地纬度±10°。北京地理纬度为40°。

7、太阳能集热器面积应根据热水用量，建筑允许的安装面积，当地的气象条件、供水水温等因素综合确定。应在太阳集热器附近设置相应的给水点和排水设施。

8、贮水箱600L以下的小型太阳能热水系统称为“家用太阳能热水系统”，国家标准GB/T19141-2003，600L及以上标准正在编制，也参照国家标准GB/T19141-2003。

9、热水用水定额，热水温度为50℃时，每人每日49~73L，宾馆客房旅客每床位每日147~196L，员工每人每日49~61L。

10、北京冷水计算温度为10~15℃，淋浴器混合阀额定流量0.15L/s,公称管径DN15，最低工作压力为0.050~0.100MPa，

11、一般来说，对应于每平方米太阳集热器总面积，需要的贮热水箱容积为40~100L，推荐采用的比例关系通常为每平方米太阳集热器总面积对应75L贮热水箱容积。 12、循环水泵的流量采用设计小时流量的25%估算。

13、真空管型太阳集热器可以按照0.015~0.02L/(s2m2)进行估算，平板型太阳集热器按照0.02L/(s2m2)，进行估算，以上数据乘以太阳集热器总面积可以得到太阳能集热系统的流量qa，即集热系统循环泵流量。 14、辅助加热量的计算

（1）容积式水加热器或贮热容积与其相当的水加热器、热水机组

Qg?Qh?1.163?VrT(tr?t1)?r

式中Qg——容积式水加热器的设计小时供热量，W；

Qh——热水系统设计小时耗热量，W；

?——有效贮热容积系数，容积式水加热器?=0.75，导流型容积式水加热器?=0.85；

T——辅助加热量持续时间，h，T=2~4h；

tr——热水温度，℃，按设计水加热器出水温度或贮水温度计算；

t1——冷水温度，℃，宜按《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》表1-16采用，北京地面水温度4℃，地下水温度10~15℃；

?r——热水密度，kg/L

（2）半容积式水加热器或贮热容积与其相当的水加热器，热水机组的供热量按设计小时耗热量计算。

（3）半即热式、快速式水加热器及其他无贮热容积的水加热设备的供热量按设计秒流速计算。 15、（1）以蒸汽为热媒的水加热器设备，蒸汽耗量

G?3.6kQg i???i?i??4.187tmz

式中G——蒸汽耗量，kg/h；

Qg——水加热器设计供热量，W；

k——热媒管道热损失附加系数，k=1.05~1.10； i??——饱和蒸汽的热焓，kJ/kg，见下表； i?——凝结水的焓，kJ/kg；

tmz——热媒终温，应由经过热力性能测定的产品样本提供。 饱和蒸汽的热焓

蒸汽压力/MPa 温度/℃ 焓/(kJ/kg) 0.1 120.2 2706.9 0.2 133.5 2725.5 0.3 143.6 2738.5 0.4 151.9 2748.5 0.5 158.8 2756.4 0.6 165.0 2762.9 （2）以热水为热媒的水加热器设备，热媒耗量 G?kQg?1.163(tmc?tmz)

式中Qg——水加热器设计供热量，W；

G——热媒耗量，kg/h；

k——热媒管道热损失附加系数，k=1.05~1.10；

tmc、tmz——热媒的初温与终温，℃，由经过热力性能测定的产品样本提供； 1.163——单位换算系数； ?——热水密度，kg/L。

16、常压燃油、燃气热水锅炉/热水器 燃油、燃气耗量

G?3.6k式中G——热源耗量，kg/h，m3标准/h

k——热媒管道热损失附加系数，k=1.05~1.10；

QgQ?

Qg——水加热器设计供热量，W；

Q——热源发热量，kJ/kg，kJ/标准m3，按下表；

?——水加热设备的热效率，按下表。

热源发热量及加热装置热效率

热源种类 消耗量单位 热源发热量Q 加热设备热率?/% 备注 轻柴油 重油 天然气 kg/h kg/h m3标准/h m3标准/h m3标准/h 41800~44000kJ/kg 38520~46050kJ/kg 34400~35600kJ/m3标准 约85 65~75（85） 65~75（85） 65~75（85） ?为热水机组的设备热效率 ?栏中括号内为热水机组，括号外为局部加热的? 城市煤气 石油液化气 14653kJ/m3标准 46055kJ/m3标准 17、电热水锅炉/电加热器 电热水器耗量

W?式中W——耗电量，kW；

Qh

1000?Qh——设计小时耗热量，W；按照

1000——单位换算系数；

?——水加热设备的热效率，95%~97%。

当电加热设备内置在贮热水箱中时，宜按照式Qg?Qh?1.163Qg，用Qg代替Qh代入电热水器耗量计算公式计算。 Qg计算参照太阳能工作表进行计算。

?VrT(tr?t1)?r计算出相应的北京某小区坡屋面多层住宅 设计施工说明 1、1 设计依据 （1）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003 （2）《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364-2005 （3）《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713-2002 1、2 设计参数 （1）气象参数

年太阳辐照量：水平面5178.75MJ/m2，40°倾角表面5844.40 MJ/m2 年日照时数：2755.5h 年平均温度：11.5℃

年平均日太阳辐照量：水平面14.180 MJ/m2，40°倾角表面16.014 MJ/m2 （2）热水设计参数

最高日热水用水定额：100L/（人2d）

平均日热水用水定额：取最高日热水用水定额的50%，50L/（人2d） 设计热水温度：55℃ 设计冷水温度：10℃ （3）常规能源费用

天然气价格：1.9元/m3标准（2004年价格） （4）太阳能集热器性能参数 集热器类型：平板型集热器

集热器规格：2000mm31000mm 1、3 工程概况 （1）建筑

该工程位于北京33小区，纬度：北纬39°48′，经度：东经117°；平屋面7层住宅，7层为跃层；建筑面积：48000m2，分3个单元；每单元7户，总户数：21户；立面效果：见图。

（2）生活热水供应

太阳能热水集中式供水系统，直接式系统；24小时全日供应热水；双水箱，贮热水箱和供热水箱（容积式换热器）；太阳集热器安装在坡屋面上，为嵌入式安装；水箱等设一次热水，一次热水供回水温度为85℃/60℃。 1、4 热水系统负荷计算 （1）用水人数

总住户21户，每户以2.8人计，总用水人数按59人考虑。 （2）系统日耗热量、热水量计算 ①系统日耗热量

取qr=100L/（人2d）；c=4187J/（kg2℃）；ρr=1kg/L；tr=60℃；tL=10℃；m=59人 代入公式

Qd=

则 Qd=14296W

②系统设计日用热水量

qrd=qrm

则 qrd=5900L/d

mqrc(tr?tL)?r

86400③系统平均日用热水量 取qar=50L/（人2d） 代入公式 Qw=qarm 则 Qw=2950L/d

1、5设计小时耗热量计算 取m=59人；qr=100L/（人2d）；c=4187J/（kg2℃）； tr=60℃；tL=10℃；ρr=1kg/L；Kh=5.12 代入公式 Qh= Khmqrc(tr?tL)?r

86400则 Qh=73195W

1、6 热水循环流量、设计秒流量计算 （1）全日供应热水系统的热水循环流量

qx=

Qs

1.163?t?式中，Qs=5%Qh，?t=5℃。 代入得 qx=629L/h

(2)热水供水管的设计秒流量q（L/s）

计算最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率 代入公式 Uo=

qrmsKh(%)

0.2NgT?3600取qr=100L/（人2d）；ms=2.8；Kh=5.12；Ng=2；T=24h。 则 Uo=4.15%

查《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）附录D，得系统热水供水管的设计秒流量为：

q=1.53L/s

1、7 太阳能集热系统设计 （1）太阳集热器的定位

太阳集热器与建筑同方位，正南；与坡屋面同倾角，40°。 （2）集热器面积确定 ①确定太阳能保证率f

北京属太阳能资源一般区，系统偏重于在春、夏、秋三季使用，取太阳能保证率f=0.5。 ②确定管路与贮水箱热损失率ηL

由于系统保温的热水管路和贮热水箱等部件都在室内，环境温度较高，ηL取0.20

（注：ηL为无量纲，根据经验值取0.20～0.30，周边环境温度较低，热水温度较高，保温较差时取上限，反之取下限。） ③集热器年集热效率ηcd 取ta=11.5℃；ti=

tL2tend?=40℃ 33（ta为年平均温度，tL为水初始温度，tend为贮水箱内水的终止设计温度）

2

SY=7.5h；JT=16014kJ/m。 归一化温差 X=

ti?taJT G= G3.6SYG=593W/m

2

则归一化温差X为0.0481m2℃/W。

根据归一化温差查集热器生产厂家提供的集热器效率曲线图，得ηcd=0.42。 取QW=2950L/d；c=4.187kJ/(kg2℃)；ρr=1kg/L；tend=55℃；tL=10℃；JT=16014kJ/m2；f=0.5；ηL=0.2；ηcd=0.42。

代入公式 Ac?Ac=51.6m

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集热器的规格为1块2m，则需要26块集热器，实际集热器面积为52m。 1、8 设备选型 （1）贮热水箱

按每平方米太阳集热器面积应对75L贮热水箱容积确定：

3

水箱的有效容积 Vr=75Ac=3.9m （2）集热系统循环泵

2

按每平方米集热器的流量为0.02kg/(m22s)计算，即Q=0.02kg/（m2s）÷

2333

1(kg/L)*52(m)*3600s/h÷1000L/m=3.744m/h，集热系统的流量为3.744m/h，此流量即为集热系统水泵的流量。扬程考虑到沿程损失、局部损失，计算得：H=35mH2O。 （3）热水系统循环泵

热水系统的循环流量为629L/h,水泵扬程考虑循环水量通过配水管和回水管的水头损失，计算得：H=10mH2O （4）热水增压水泵

采用变频增压装置，其流量为系统热水供水的设计秒流量1.53L/s，扬程考虑通过容积式热交换器的水头损失，系统供水管的水头损失以及配水最不利点所需的流出水头，计算得：H=28mH2O。

2

2

QWc?r(tend?tL)f

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