太阳能热水系统设计

一、太阳能热水系统集热器总面积计算宜符合下列规定:

1 直接系统集热器总面积可根据用户的每日用水量和用水温度确定,按下式计算:

式中Ac——直接系统集热器总面积,㎡ ;Qw——日均用水量,kg ;Cw——水的定压比热容,kJ/(kg·℃) ;tend——贮水箱内水的设计温度,℃;ti——水的初始温度,℃;JT——当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量,kJ/㎡;f——太阳能保证率,%;根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确 定,宜为30%~80%;ηcd——集热器的年平均集热效率;根据经验取值宜为0.25~0.50 ,具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定;ηL——贮水箱和管路的热损失率;根据经验取值宜为0.20~0.30 。

2 间接系统集热器总面积可按下式计算:

式中AIN——间接系统集热器总面积,㎡;FRUL——集热器总热损系数,W/(㎡·℃) ; 对平板型集热器,FRUL宜取4~6W/(㎡·℃) ; 对真空管集热器,FRUL宜取1~2W/(㎡·℃) ; 具体数值应根据集热器产品的实际测试结果而定;Uhx——换热器传热系数,W/(㎡·℃) ;Ahx——换热器换热面积,㎡。

集热器倾角应与当地纬度一致;如系统侧重在夏季使用,其倾角宜为当地纬度减10°;如系统侧重在冬季使用,其倾角宜为当地纬度加10°;全玻璃真空管东西向水平放置的集热器倾角可适当减少。

二、贮水箱容积的确定应符合下列要求:

1 集中供热水系统的贮水箱容积应根据日用热水小时变化曲线及太阳能集热系统的供热能力和运行规律,以及常规能源辅助加热装置的工作制度、加热特性和自动温度控制装置等因素按积分曲线计算确定;

2 间接系统太阳能集热器产生的热用作容积式水加热器或加热水箱时,贮水箱的贮热量应符合表1的要求。

表1 贮水箱的贮热量

贮水箱的贮热量

注:Qh为设计小时耗量(W)

三、太阳能集热器设置在平屋面上,应符合下列要求:

1 对朝向为正南、南偏东或南偏西不大于30°的建筑,集热器可朝南设置,或与建筑同向设置。

2 对朝向南偏东或南偏西大于30°的建筑,集热器宜朝南设置或南偏东、南偏西小于30°设置。

3 对受条件限制,集热器不能朝南设置的建筑,集热器可朝南偏东、南偏西或朝东、朝西设置。

4 水平放置的集热器可不受朝向的限制。

5 集热器应便于拆装移动。

6 集热器与遮光物或集热器前后排间的最小距离可按下式计算:

D = H × cotαs

式中D——集热器与遮光物或集热器前后排间的最小距离,m ;H——遮光物最高点与集热器最低点的垂直距离, m ;αs——太阳高度角,度(°) ;对季节性使用的系统,宜取当地春秋分正午12 时的太阳高度角;对全年性使用的系统,宜取当地冬至日正午12 时的太阳高度角。

7 集热器可通过并联、串联和串并联等方式连接成集热器组,并应符合下列要求:

1) 对自然循环系统,集热器组中集热器的连接宜采用并联。平板型集热器的每排并联数目不宜超过16 个。

2) 全玻璃真空管东西向放置的集热器,在同一斜面上多层布置时,串联的集热器不宜超过3 个( 每个集热器联集箱长度不大于2m) 。

3) 对自然循环系统,每个系统全部集热器的数目不宜超过24 个。大面积自然循环系统,可分成若干个子系统,每个子系统中并联集热器数目不宜超过24 个。

8 集热器之间的连接应使每个集热器的传热介质流入路径与回流路径的长度相同。

9 在平屋面上宜设置集热器检修通道。

四、太阳能集热器设置在坡屋面上,应符合下列要求:

1 集热器可设置在南向、南偏东、南偏西或朝东、朝西建筑坡屋面上;

2 坡屋面上的集热器应采用顺坡嵌入设置或顺坡架空设置;

3 作为屋面板的集热器应安装在建筑承重结构上;

4 作为屋面板的集热器所构成的建筑坡屋面在刚度、强度、热工、锚固、防护功能上应按建筑围护结构设计。

五、太阳能集热器设置在阳台上,应符合下列要求:

1 对朝南、南偏东、南偏西或朝东、朝西的阳台,集热器可设置在阳台栏板上或构成阳台栏板;

2 低纬度地区设置在阳台栏板上的集热器和构成阳台栏板的集热器应有适当的倾角;

3 构成阳台栏板的集热器,在刚度、强度、高度、锚固和防护功能上应满足建筑设计要求。

六、太阳能集热器设置在墙面上,应符合下列要求:

1 在高纬度地区,集热器可设置在建筑的朝南、南偏东、南偏西或朝东、朝西的墙面上,或直接构成建筑墙面;

2 在低纬度地区,集热器可设置在建筑南偏东、南偏西或朝东、朝西墙面上,或直接构成建筑墙面;

3 构成建筑墙面的集热器,其刚度、强度、热工、锚固、防护功能应满足建筑围护结构设计要求。

在使用平板型集热器的自然循环系统中,贮水箱的下循环管应比集热器的上循环管高0.3m 以上。

七、系统的循环管路和取热水管路设计应符合下列要求:

1 集热器循环管路应有0.3%~0.5%的坡度;

2 在自然循环系统中,应使循环管路朝贮水箱方向有向上坡度,不得有反坡;

3 在有水回流的防冻系统中,管路的坡度应使系统中的水自动回流,不应积存;

4 在循环管路中,易发生气塞的位置应设有吸气阀;当采用防冻液作为传热工质时,宜使用手动排气阀。需要排空和防冻回流的系统应设有吸气阀;在系统各回路及系统需要防冻排空部分的管路的最低点及易积存的位置应设有排空阀;

5 在强迫循环系统的管路上,宜设有防止传热工质夜间倒流散热的单向阀;

6 间接系统的循环管路上应设膨胀箱。闭式间接系统的循环管路上同时还应设有压力安全阀和压力表,不应设有单向阀和其他可关闭的阀门;

7 当集热器阵列为多排或多层集热器组并联时,每排或每层集热器组的进出口管道,应设辅助阀门;

8 在自然循环和强迫循环系统中宜采用顶水法获取热水。浮球阀可直接安装在贮水箱中,也可安装在小补水箱中;

9 设在贮水箱中的浮球阀应采用金属或耐温高于100℃的其他材质浮球,浮球阀的通径应能满足取水流量的要求;

10 直流式系统应采用落水法取热水;

11 各种取热水管路系统应按1.0m/s 的设计流速选取管径。

八、系统控制应符合下列要求:

1 强制循环系统宜采用温差控制;

2 直流式系统宜采用定温控制;

3 直流式系统的温控器应有水满自锁功能;

4 集热器用传感器应能承受集热器的最高空晒温度,精度为±2℃;贮水箱用传感器应能承受100℃,精度为±2℃。


参考资料:
[1] GB 50364-2005, 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S].

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