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1、8.9 太阳能热水系统设计实例8.9.1 设计施工说明一、设计依据（1）建筑给水排水设计规范GB 50015-2003（2）民用建筑太阳能热水系统应用技术规范（3）太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T 18713-2002二、设计参数1、气象参数年太阳辐照量：水平面4657.516 MJ/m2，30倾角表面4913.953 MJ/m2年平均日辐射量：12.736MJ/m2，31.4倾角表面13.447 MJ/m2年平均每日的日照小时数：5.5h；年平均温度：15.72、热水设计参数日最高用水定额100 L/(人d )日平均用水定额60 L/(人d )设计热水温度：60设计冷水温度
2、：173、常规能源费用电价：0.61元/kWh（2009年价格）天然气价格：2.5元/m3（2009年价格）4、太阳能集热器性能参数集热器类型：真空管集热器集热器规格：1.81m2三、工程概况（1）建筑说明本工程位于上海某住宅小区，上海的地理位置为：北纬3110，东经12126；该建筑为两层别墅，正南朝向，为坡面屋顶，建筑面积：250m2，一层有一个卫生间一个厨房，二层有两个卫生间，热水用水点共有8个。（2）生活热水供应设计太阳热水系统为局部（独立）间接供水系统，24小时全日供应热水，设置单水箱既作为贮热水箱又作为供水箱；太阳能集热器通过预埋件以嵌入式安装在坡屋面上；水箱等放置在底层车库内，辅
3、助热源为电加热器。8.9.2热水系统负荷计算1、用水人数该别墅用水人数为5人计。2、系统日耗热量、热水量计算（1）系统设计日用热水量式中 qrd 设计日热水量，L/d； qr 热水用水定额，L/(bd )； m 用水计算单位人数，人数。则 （2）系统平均日用热水量式中 QW 平均日用热水量 L/d； qar 日平均用水定额，L/(人d )； m 用水计算单位人数，5人；取m=5人；qar=60L/(bd )；则 QW=300 L/d（3）设计小时耗热量计算、设计小时热水量计算设计小时耗热量：式中 Qh 设计小时热耗量，W； m 用水计算单位人数，5人； qr 热水用水定额，100L/(人d )
4、； c 水的比热容，c=4187J/(C)； 热水密度，/L； tr 热水温度； tL 冷水温度； Kh 小时变化系数，通过表查取别墅的小时变化系数为4.21。则 Qh=4386.42 W（4）热水供水管的设计秒流量q（L/s）计算住宅建筑生活热水供应给水主干管管道的设计秒流量，应按下列步聚和方法计算。计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：式中 U。热水供应管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率%； qr最高日用水定额，L/(bd )； m用水计算单位人数，人数； Kh小时变化系数；Ng每户设置的卫生器具给水当量数；带混合水嘴的浴盆2个，带混合阀的淋浴器1个，带混合水嘴的洗涤盆1
5、个，带混合水嘴的洗脸盆3个；总干管Ng（1.22+0.751+0.751+0.753=6.15） T用水时数，24h； 0.2单个卫生器具给水当量的额定流量，L/S。则 U。=1.98%计算管段上的卫生器具给水当量同时出流概率：式中 U计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率，%；ac对应于不同U。的系数，查GB500152003筑给水排水设计规范附表C为0.01082；Ng计算管段的卫生器具给水当量总数6.15；则 U=41.30%计算管段的设计秒流量：式中 qg计算管段的设计秒流量，L/s；U计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率，%；Ng计算管段的卫生器具给水当量总数；则 qg=0.51
6、L/s8.9.3 太阳能集热系统设计一、太阳集热器的定位所计的别墅正南，太阳能集热器与建筑同方位，朝向正南，与坡屋面同倾角，30。二、确定太阳集热器面积根据我国现行标准，太阳能集热系统的热性能指标以贮热水箱容积600L为界限，贮热水箱容积大于等于600L的太阳能集热系统的集热器热性能指标以瞬时热效率 a表示；贮热水箱容积小于600L的太阳能集热系统称为家用太阳能热水系统，其集热器的热性能指标以系统的全天集热量QS表示。该系统为水箱小于600L的系统，选择直接热水系统。系统集热器面积计算：a.太阳能保证率f的确定上海属太阳能资源一般区，系统全年运行，取太阳能保证率f=45%。b.确定管路及贮热水
7、箱热损失率L有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，L取值为0.06。c.被检测太阳能集热单元的得热量（贮热水箱容积为161.25，按每平方米集热器面积配比75L水箱容积）太阳集热系统的全天得热量公式：公式为 式中 QS太阳集热系统得热量，MJ； H集热器采光面积的日太阳辐照量，MJ/m2；tad日平均环境或周围空气的温度，C；tL水的初始温度，C；a1、a2、a3有实验结果根据最小二乘法拟合所得到的系统系数；取值 a1=1.65；a2=0.01；a3=0.67；tad =15.7 C ；tL =18 C ；H=13.447 MJ/m2， 则 QS=22.61 MJ当太阳能
8、集热系统的贮热水箱容积小于600L时，太阳能集热系统的集热器面积可根据系统的日平均用水量和用水温度，按参考书1的第四章公式（414）进行计算：公式为： 式中 Ac太阳能集热系统所需集热器总面积，m2； QW日平均用热水量，L/d c定压比热容，KJ/(C)；r水的密度，/L；tr 贮水箱内水的终止设计温度，C；tL水的初始温度，C；Qs被检测太阳能集热系统得热量，MJ；f太阳能保证率，无量纲，一般在0.30.8范围内，根据系统使用期内的太阳辐照量、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后，按参考书1的表（46）确定；A被检测太阳能集热系统总面积，m2;L被检测太阳能集热系统的附加管路热损失率，无量
9、纲，根据经验值取0.050.1。取值 QW=300 L/d；c=4.187 KJ/(C)；r=1/L；tr=60 C；tL=18 C；Qs =8.63 MJ；A=2.15 m2；L=0.06；f=45%；代入公式 则 Ac=6.29 m2因为计算出来的面积为Ac=6.29 m2，所以选择3快2.15 m2的集热器，总集热面积为6.45 m2。8.9.4 贮热水箱1）贮热水箱容积算，一般来说，对应于每平方米太阳能集热器总面积，需要的贮热水箱容积为40100L，推荐采用的比例关系通常为每平方米太阳能集热器总面积对应75L贮热水箱容积 1 。按每平方米太阳能集热器面积对应75L贮热水箱容积确定：水箱
10、的容积Vr=75 Ac=756.45=483.75L；选水箱规格容积为500L。2)用水时间取90min，则供热水箱的贮热量Qs90minQh=90605210.49=28.14 MJ供热水箱的有效容积公式：200L式中 VK供热水箱有效容积，L；tr 贮水箱内水的终止设计温度，C；tL水的初始温度，C；Qs被检测太阳能集热系统得热量，MJ； c定压比热容，KJ/(C)；r水的密度，/L。取值 c=4.187 KJ/(C)；r=1/L；tr=60 C；tL=18 C；Qs =8.63 MJ；代入公式 则 VK=200.02L200L比较以上两种方法计算的结果，VrVK，故取贮热水箱容积Vr=
11、500L。太阳能热水系统贮水箱确定：当供热水箱容积小于太阳能集热系统所选贮热水箱容积的40%时，太阳能热水系统采用单水箱的方式。供热水箱容积 VK=160L40%Vr=200L所以选择单水箱系统。8.9.5选择循环水泵平板型太阳集热器可以按照qp=0.02L/(sm2 )进行估算。则 qs= 3600qp Ac 取值 qp=0.02L/(sm2 )；Ac=6.45 m2；代入公式 qs= 3600qp Ac 则 qs=0.464m3/h2)循环水泵的扬程：机械循环热水供、回水管网的水头损失可按下式估算：公式为 式中 H1热水管网的水头损失，kpa； R 单位长度的水头损失，kpa/m,可按R=0.10.15 kpa/m估算； L 自水加热器至最不利点的供水管长，m；L自最不利点至水加热器的供水管长，m。取值R=0.12kpa/m；估算L=8m,和 L=6m；代入公式 H1=1.68 kpa循环水泵的杨程可按下式估算：公式为 式中 Hb循环水泵的杨程，kpa； H1管道水头损失，kpa；H2水加热设备水头损失，kpa，容积式水加热器、导流型容积式水加热器、半容积式水加热器可忽略不计。取值 H1=1.68 kpa；H2=0；代入公式 则 Hb=1.85 kpa Hb=1.85 kpa=0.185m水柱飞来科技 http:/ R88YLXEX8ORL