1、太陽能熱用工太陽能熱水系統(tǒng)竇建清138123459812012年5月一、太陽能熱水系統(tǒng)的分類和優(yōu)缺點對比二、太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計的一般原則三、太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計實例四、太陽能熱水系統(tǒng)的安裝和試運行五、太陽能熱水系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)一、太陽能熱水系統(tǒng)的分類和優(yōu)缺點一、太陽能熱水系統(tǒng)的分類和優(yōu)缺點太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)遵守的國標太陽熱水器系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范 GB/T 18713-2002太陽熱水系統(tǒng)性能評定規(guī)范 GB/T 20095-2006民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范 GB/T 50364-20051、太陽能熱水系統(tǒng)的定義 將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能以加熱水的裝置。通常包括太陽能集熱器、貯水箱

2、、泵、連接管道、支架、控制系統(tǒng)和必要時配合使用的輔助能源。GB/T 50364-2005 太陽熱水系統(tǒng)主要由太陽集熱系統(tǒng)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括太陽集熱器、儲熱水箱、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。太陽集熱系統(tǒng)是太陽熱水系統(tǒng)特有的組成部分，是太陽能是否得到合理利用的關(guān)鍵。熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計與常規(guī)的生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)類似，可以參照常規(guī)的建筑給排水手冊進行設(shè)計。2、太陽能熱水系統(tǒng)的分類GB /T 18713-2002 按集熱器的循環(huán)方式分為三種形式：自然循環(huán)系統(tǒng)、直流式系統(tǒng)、強迫循環(huán)系統(tǒng)。自然循環(huán)系統(tǒng)：是指利用傳熱工質(zhì)內(nèi)部的溫度梯度產(chǎn)生的密度差所形成的自然對流進行循環(huán)的太陽

3、熱水系統(tǒng)。在自然循環(huán)系統(tǒng)中，為了保證必要的熱虹吸壓頭，儲水箱應(yīng)高于集熱器上部。這種系統(tǒng)機構(gòu)簡單不需要附加動力。直流式系統(tǒng)：傳熱工質(zhì)一次通過集熱器加熱后，便進入儲水箱或用熱水處的非循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)，儲水箱的作用僅為儲存集熱器所排放的熱水。直流式系統(tǒng)一般可采用非電控溫控閥控制方式及溫控器控制方式。強迫循環(huán)系統(tǒng)： 利用機械設(shè)備等外部動力迫使傳熱工質(zhì)通過集熱器（或換熱器）進行循環(huán)的太陽熱水系統(tǒng)。強迫循環(huán)系統(tǒng)通常采用溫差控制、光電控制及定時器控制等方式。2、太陽能熱水系統(tǒng)的分類GB /T 20095-2006 按熱水系統(tǒng)的4種特征進行分類，每種特征又分為23種類型序號分類特征系統(tǒng)類型類型1類型2類型31

4、按儲熱水箱內(nèi)水被加熱的方式直接系統(tǒng)間接系統(tǒng)-2按傳熱工質(zhì)流動方式自然循環(huán)系統(tǒng)直流式系統(tǒng)強制循環(huán)系統(tǒng)3按傳熱工質(zhì)與大氣相通狀況分類敞開系統(tǒng)開口系統(tǒng)封閉系統(tǒng)4按系統(tǒng)有無輔助熱源分類無輔助能源的獨立系統(tǒng)帶輔助熱源系統(tǒng)敞開式系統(tǒng)：傳熱工質(zhì)與大氣有較大面積接觸的太陽能熱水系統(tǒng)，接觸面主要在儲熱裝置的敞開面。開口式系統(tǒng)：傳熱工質(zhì)與大氣的接觸僅限于補給箱和膨脹箱的自由表面或排氣管口的太陽能熱水系統(tǒng)。封閉式系統(tǒng)：傳熱工質(zhì)與大氣完全隔離的系統(tǒng)。GB/T 50364-2005 根據(jù)太陽能熱水系統(tǒng)供熱水的形式又把熱水系統(tǒng)分為：集中供熱水系統(tǒng)；集中-分散供熱水系統(tǒng)；分散供熱水系統(tǒng)。集中供熱水系統(tǒng)：采用集中的太陽能集熱

5、器和集中的儲熱水箱，供給一幢或幾幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)集中-分散供熱水系統(tǒng)：采用集中的太陽能集熱器和分散的儲熱水箱，供給一幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)分散供熱水系統(tǒng)：采用分散的太陽能集熱器和分散的儲熱水箱，供給各個用戶所需熱水的系統(tǒng) 有輔助熱源熱水系統(tǒng)根據(jù)加熱方式的不同又可以細分為：內(nèi)置式直接加熱方式、內(nèi)置盤管換熱器加熱方式、外置換熱器加熱方式、外部輔助熱源直接加熱方式。 目前為了輔助能源還專門制定了新的國家標準GB/T 23889 家用空氣源熱泵輔助型太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)條件GB/T 25967-2010 帶輔助能源的家用太陽能熱水系統(tǒng)熱性能試驗方法GBT 25966-2010 帶電輔助能源的家用太

6、陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)條件 我們還可以根據(jù)熱水使用情況分類，可以分為：間歇式供熱水系統(tǒng)和連續(xù)式供熱水系統(tǒng)。間歇式供熱水系統(tǒng)主要供應(yīng)那些定時用熱水的單位，例如部隊、學(xué)校、工廠等；連續(xù)式供熱水系統(tǒng)指那些24小時連續(xù)使用熱水的系統(tǒng)，例如醫(yī)院、賓館、酒店、生產(chǎn)線等。開式集熱器、開式水箱，輔助能源間接加熱的直接熱水系統(tǒng)開式集熱器、開式水箱，輔助能源直接加熱的直接熱水系統(tǒng)開式集熱器、開式水箱，輔助能源間接加熱，通過內(nèi)置盤管換熱器換熱的間接熱水系統(tǒng)開式集熱器、開式水箱，輔助能源直接加熱，通過內(nèi)置換熱器換熱的間接熱水系統(tǒng)開式集熱器、開式水箱，輔助能源直接加熱，通過外置換熱器換熱的間接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔

7、助能源間接加熱，直接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔助能源直接加熱，直接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔助能源間接加熱，直接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔助能源直接加熱，直接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔助能源間接加熱，通過內(nèi)置盤管換熱器換熱的間接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔助能源直接加熱，通過內(nèi)置盤管換熱器換熱的間接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、閉式水箱，輔助能源直接加熱，通過外置換熱器換熱的間接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、開式水箱，輔助能源間接加熱，間接熱水系統(tǒng)閉式集熱器、開式水箱，輔助能源直接加熱，間接熱水系統(tǒng)直流式系統(tǒng)是利用控制器使傳熱工質(zhì)在自來水壓力或其他附加動力作用下，直接流過集熱器加熱的系

8、統(tǒng)。直流式系統(tǒng)一般采用變流量定溫放水的控制方式，當集熱系統(tǒng)出水口溫度達到設(shè)定溫度時，電磁閥打開，自來水經(jīng)集熱器后把集熱系統(tǒng)中的熱水頂入儲熱水箱中；當集熱系統(tǒng)出水口溫度低于設(shè)定溫度時，電磁閥關(guān)閉，補充的冷水停留在集熱系統(tǒng)中吸收太陽能被加熱。通常采用的自然循環(huán)系統(tǒng)一般可分為兩種類型：自然循環(huán)式和自然循環(huán)定溫放水式。自然循環(huán)定溫放水式是自然循環(huán)式熱水系統(tǒng)的改進，它把自然循環(huán)系統(tǒng)的儲熱水箱分成兩個水箱，用來集熱循環(huán)的水箱體積較小，比較容易加熱，待小水箱溫度達到設(shè)定溫度時再放到大水箱中，它的大水箱中一直是熱水。這兩種系統(tǒng)的水箱都要高過集熱器。聯(lián)集管集熱器式太陽能熱水系統(tǒng) 真空管型聯(lián)集管集熱器可以分為豎插

9、管集熱器、單排管和雙排管橫插管集熱器 橫置式聯(lián)集器只能做上下串聯(lián)，東西并聯(lián)。而豎置式聯(lián)集器只能做東西串聯(lián)，前后并聯(lián)，1當光照充足而水箱內(nèi)尚未儲滿熱水時，系統(tǒng)為定溫出水運行，當集熱器出口溫度T2（溫度傳感器2）達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)打開電磁閥1，自來水進入管路，把高溫水頂入水箱，當出口溫度T2低于設(shè)定溫度時，控制系統(tǒng)關(guān)閉電磁閥E1，系統(tǒng)吸收太陽熱量儲存于集熱器內(nèi)水中，使水溫繼續(xù)升高。2當水箱內(nèi)水位達到設(shè)定位置時（水箱已滿）或水箱內(nèi)水溫低于使用溫度T3時，控制系統(tǒng)打開管道泵P1，實現(xiàn)儲熱水箱內(nèi)水的定溫循環(huán)（水箱內(nèi)水先升溫）。3冬天聯(lián)集管內(nèi)水溫度T2降低到一定值時，系統(tǒng)會打開水泵P1將熱水（或打開電

10、磁閥E1將自來水）推進聯(lián)集管，防止凍壞聯(lián)集管。4、在用水過程中系統(tǒng)通過熱水管道和管道泵P3，把熱水通過管網(wǎng)送到用戶的各個用水點（水龍頭或洗臉盆）,如P3為變頻控制可以實現(xiàn)恒壓供水，打開電磁閥E3,可實現(xiàn)管道的定溫循環(huán)。5打開E2,關(guān)閉E1,可以實現(xiàn)對水箱的快速上水。6通過管道泵P2和板式換熱器可以實現(xiàn)對水箱的輔助加熱。二、太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計的一般原則GB/T 50364 規(guī)定的太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)要求，其他要求可以參考國標中的具體條款。二、太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計的一般原則1、系統(tǒng)計算1.1、選擇合適的熱水系統(tǒng)1.2、計算系統(tǒng)的熱水使用量和系統(tǒng)熱量1.3、根據(jù)氣象和自然條件計算出集熱器輪廓面積1.4、根據(jù)

11、建筑物和欲安裝區(qū)域日照條件核實集熱器的輪廓面積1.5、根據(jù)熱水系統(tǒng)使用條件，設(shè)計輔助能源系統(tǒng)及其功率。1.6、設(shè)計儲熱水箱的容積1.7、建筑物承載能力校核2、系統(tǒng)設(shè)計2.1、系統(tǒng)運行原理圖設(shè)計2.2、集熱器安裝基礎(chǔ)圖和支架圖紙設(shè)計2.3、儲熱水箱形狀和各管道接口及水箱安裝基礎(chǔ)的設(shè)計及驗算2.4、管路系統(tǒng)的設(shè)計2.5、控制系統(tǒng)的設(shè)計和設(shè)備選型。2.6、避雷系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)和維護通道的設(shè)計2.7、建筑物外觀保護和防水系統(tǒng)的設(shè)計二、太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計的一般原則1.2、用水量和熱量的計算國家有關(guān)部委有定額標準，但該標準比較高，一般很難實現(xiàn)。我們一般在設(shè)計時按照普通單位人均50kg熱水，星級賓館人均80

12、100Kg的原則執(zhí)行。如果甲方有特殊要求，再單獨考慮。根據(jù)單位用水量和單元數(shù)，求出總用水量。只有計算出了熱水需求量，才能進行其他計算，這是所有設(shè)計計算工作的基礎(chǔ)。計算出熱水量后再根據(jù)自來水的初始溫度和需要的熱水溫度計算出需要的熱量加熱熱水需要熱量的計算計算公式：Q=CMt式中各符號的意義：Q:需要的熱量。單位千卡或兆焦C:水的定壓比熱容，數(shù)值為：1卡/克.度，或4.18焦耳/克度，M：水的質(zhì)量，單位千克t：水的溫升，單位為度例如：10噸水溫升30度需要的熱量是Q=10100030=300,000(千卡)或Q=4.1810100030=1,254,000(千焦耳)1.3、集熱器集熱面積的計算（G

13、B/T 50364)()(1)wwendicTcdLQ CttfAJ實際上這個公式存在很多問題1、很多參數(shù)都讓我們在很大范圍內(nèi)選擇，幾個不確定的參數(shù)乘起來后造成的誤差是很大的。2、太陽能保障率選擇多少合適，是年保障率，還是日保障率？因為每個地區(qū)的太陽都不是365天都有的，太陽的實際保障率就是小于1的，即使我們每個晴好天氣的保障率都是100%，其實際保障率還是小于100%的。3、JT當?shù)丶療崞鞑晒饷嫔夏昶骄栞椪樟恳灿泻芏鄦栴}。年平均值會和我們的實際值差很大。1.3、集熱器集熱面積的計算記住“2”“8”定則-你就知道平均值的不可靠性季節(jié)水初溫終溫溫升需要能量MJ春季101550401674.7

14、2夏季2050301256.04秋季101550401674.72冬季550451884.06為了計算準確，應(yīng)按不同的季節(jié)分別計算，因為不同季節(jié)太陽的輻照量不同，自來水的初溫不同，環(huán)境溫度不同，風(fēng)速不同，熱量損失也不同。根據(jù)不同季節(jié)計算出集熱面積后，再根據(jù)情況選擇。設(shè)計的原則是：春秋季節(jié)應(yīng)基本滿足100%保障率，冬季低于100%，夏季略有富余。不同季節(jié)產(chǎn)生10噸50 熱水所需要提供的能量季節(jié)水初溫終溫溫升需要能量MJ輻照量MJ/集熱面積春季101550401674.7220167.5夏季2050301256.0423109.2秋季101550401674.7220167.5冬季55045188

15、4.0617221.7不同季節(jié)產(chǎn)生10噸50 熱水所需要提供的能量和集熱面積 分不同季節(jié)計算太陽能集熱器的面積時，統(tǒng)一把太陽能保障率定義為100%，系統(tǒng)的效率按照集熱器輪廓面積的效率進行計算，太陽輻照量按照晴好天氣的輻照量取值。（三）:輔助能源的計算1：根據(jù)上面計算的能量，我們以在最惡劣的情況下4小時內(nèi)把用戶所需熱水加熱到滿足使用條件的原則來選擇各種輔助能源。以電加熱為例，其計算公司為：P=0.00116Mt/T式中各符號意義M:水的質(zhì)量，單位Kgt：水的溫升，單位為度T:加熱時間，單位小時P:電功率，單位Kw冬天太陽曝輔量按每天17MJ/m2計算，熱水器效率按50計算，得到冬季不同熱水量不同

16、溫升時的聯(lián)集管系統(tǒng)面積，表中的數(shù)據(jù)為m2，實際設(shè)計時要乘以85。溫升123 4.0 5.0101520501002010 20 29394998 147 1964909802512 25 374962 123 185 246615 12303015 30 445974 148 222 296740 14803517 34 526986 172 258 344860 17204020 39 597999 197 296 394985 19704522 44 6688 111 221 332 442 1105 22105025 49 7498 123 246 369 492 1230 246055

17、27 54 81 108 135 270 405 540 1350 27006030 59 89 118 148 295 443 590 1475 2950水量（噸）（冬季）2輔助電加熱功率的計算1：計算公式：Q=CMt式中各符號的意義：Q:需要的熱量。單位千卡或兆焦C:水的比熱容，數(shù)值為：1卡/克度，或4.18焦耳/克度t：水的溫升，單位為度例如：10噸水溫升30度需要的熱量是Q=10100030=300,000(千卡)或Q=4.1810100030=1,254,000(千焦耳)2：電能轉(zhuǎn)換成熱能的計算方法電功率：單位為:KW，電能：單位為:千瓦時（度）1千瓦時（度）3.6兆焦861千瓦按4

18、小時電加熱時間計算的電功率表格水量(Kg)溫升 熱能(MJ)電能(kw.hr)加熱時間(hr)電功率(kw)5003062.717.444.41,00030125.434.848.71,50030188.152.3413.12,00030250.869.7417.43,00030376.2104.5426.14,00030501.6139.3434.85,00030627174.2443.510,00030125434848715,000301881523413120,000302508697417430,0003037621045426140,0003050161393434850,0003

19、0627017424435工程控制器的一般原理計算機控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成計算機系統(tǒng)傳感器2傳感器1傳感器3顯示系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)1執(zhí)行機構(gòu)2執(zhí)行機構(gòu)3信號處理系統(tǒng)控制輸出系統(tǒng)存儲打印系統(tǒng)人機交互輸入系統(tǒng)電加熱器計算機系統(tǒng)壓力傳感器溫度傳感器液晶顯示DC12V直流輸出自動上水電磁閥12V直流接觸器信號處理系統(tǒng)控制輸出系統(tǒng)溫度壓力探頭漏電開關(guān)加熱按鈕上水按鈕設(shè)置按鈕電磁閥有各種規(guī)格和驅(qū)動電壓，市場上銷售比較多的都是220V驅(qū)動的銅質(zhì)電磁閥。電磁閥的工作原理是電產(chǎn)生磁場，通電時產(chǎn)生的磁場的吸力克服彈簧的彈力，打開閘板（閥芯），電磁閥接通。斷電時，沒有了磁場吸力，閘板（閥芯）在彈簧的作用下復(fù)位，電磁閥關(guān)閉。怎

20、樣用熱寶輸出的DC12V控制220V的電磁閥呢？大家千萬不要對外說怎么把DC12V轉(zhuǎn)變成220V，否則別人會笑話你不學(xué)無術(shù)。而應(yīng)該說用DC12V控制220V輸出?？刂苾x如何控制大口徑電磁閥工作DC12V直流接觸器控制輸出DC12V220V220V電磁閥一臺控制儀如何控制多個電磁閥或加熱器一個控制儀控制多個電磁閥或多個加熱器的方法，實際上在上面一頁中已介紹，只要把控制儀的輸出轉(zhuǎn)換成控制大功率交流接觸器和直流接觸器即可。因為一個交流接觸器最少有三相輸出。工程設(shè)計的一般步驟（一）1詳細了解甲方（用戶）的使用情況和要求。包括甲方的使用性質(zhì)，用水的時段，用水的溫度等。2詳細了解甲方（用戶）的建筑情況。甲

21、方房屋結(jié)構(gòu)性質(zhì)（平房，樓房），房屋走向（東西向。南北向），樓頂建筑物情況（有無廣告牌，各種天線，電梯間，機房或水箱間等）3詳細了解甲方（用戶）的常規(guī)能源情況?，F(xiàn)在的常規(guī)能源有電鍋爐，燃氣鍋爐，燃油鍋爐等，做方案之前一定要了解甲方的常規(guī)能源情況。工程設(shè)計的一般步驟（二）4根據(jù)用水量和甲方（用戶）意向決定工程使用的熱水系統(tǒng)種類。包括箱式組合，聯(lián)集管系統(tǒng)，U型管系統(tǒng)，分離式熱水系統(tǒng)等。5設(shè)計工程方案（文字，圖形等）。集熱器的擺放，安裝基礎(chǔ)的設(shè)計（水泥墩，槽鋼等），水箱的設(shè)計（包括水箱三維尺寸，保溫，管道系統(tǒng)布局，與輔助能源的結(jié)合）。系統(tǒng)工作原理設(shè)計（管路及循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計）。支架，珩架及鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計工

22、程設(shè)計的一般步驟（三）6工程價格計算。（工程報價包括如下幾個方面）熱水器（聯(lián)集管，U型管等）本身的價格鋼結(jié)構(gòu)的價格房屋基礎(chǔ)和水箱基礎(chǔ)的價格儲熱水箱的價格，與常規(guī)能源結(jié)合的費用管路系統(tǒng)的價格保溫部分的價格（保溫材料，電伴熱帶等）控制系統(tǒng)的價格運輸、倉儲、食宿、施工等費用。稅金、利潤、傭金等費用支出工程設(shè)計的一般步驟（四）7、施工方案書的制定（一般內(nèi)容）工程概述工程概述要求：說明工程性質(zhì)、地理位置、工程規(guī)模、施工周期工程施工圖紙工程施工圖紙集熱器（集熱器（SLL/SLU）擺放效果圖，包括以下內(nèi)容）擺放效果圖，包括以下內(nèi)容屋面（頂）平面圖。水泥墩布局圖，槽鋼布局圖。集熱器支架圖。集熱器支架在槽鋼（方鋼）上的效果圖。管路圖（集熱器到水箱之間）工程設(shè)計的一般步驟（五）水箱圖紙水箱圖紙水箱三維效果圖。水箱展開圖。管路圖（水箱到聯(lián)集器，水箱到供水