天津某太阳能生活热水洗浴系统设计说明

太阳能生活热水洗浴系统

设计单位：联系电话：地 址：H T T P ：

设 计

方 案 文 件

太阳能生活热水洗浴系统设计说明

一． 方案基本原则

（1） 遵守国家相关法律、法规及太阳能、给排水、采暖和土建等专业的相关标准、规范。

（2） 综合考虑产品、系统的技术先进性、运行可靠性、经济性、使用便利性和使用寿命等各方面因素，

选择实用、经济的方案。

（3） 依据工程图纸及现实条件，参考同类工程经验。

二． 设计说明

2．1设计依据

（4） GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》 （5） GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》 （6） GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》 （7） GB/T6424-1997《太阳能集热器技术条件》 （8） GB4301-84《太阳能集热器热性能试验方法》 （9） GB50207-1994《屋面工程技术规范》 （10） Q/WJW01-2001《不锈钢水箱》

（11） GB/T4272-1992《设备及管道保温技术通则》 （12） GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》

（13） GB/T15513-1995《太阳能热水器吸热体、连接管及其配件秘用弹性材料的评价方法》 （14） GBJ1788《钢结构设计规范》

2．2设计方案主要考虑的几个问题

鉴于该项目采用太阳能加电辅助能源热水系统用于洗浴使用的特点，我们认为，该方案设计应充分考虑用户单位的下列问题，科学设计太阳热水系统，使其达到合理、可靠、先进。

（1）系统应保证全天供应热水，并考虑在高峰用水情况下，确保热水供应问题，循环供水方式打开淋浴

头进出热水。

（2）系统应配置辅助电加热设施，以解决阴雨天或太阳能不足时的热水供应问题。

（3）系统设计应考虑优先利用太阳能源加热热水；当太阳能不足时，再利用辅助能源补充热能，以达到

环保和节能降耗的目的。

（4）系统处在京津地区，冬季寒冷结冰。因此应充分考虑太阳能及管路的冬季防冬问题。 （5）要综合考虑建筑设计，合理选择太阳能和其他主要设备的放置位置。

（6）太阳能系统和换热水箱的摆放和布局方式应巧妙设计，以解决太阳能系统的布局与摆放应与周围的建筑物相协调问题, 并换热系统运行方便、安全.

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（7）变频全天供水，系统运行经济可靠。

（8）太阳能系统和电辅助加热系统应可靠、耐用、方便管理。

（9）在保证工程质量的前提下，尽可能降低工程造价，提高工程的性价比。

2．3系统基本设计

（1）根据京津地区冬季寒冷结冰的特点，选用抗冻性强、热效率高、安全可靠的热管真空管型集热器。 （2）采用太阳能 +电辅助系统联合供热水的系统方案，并优先利用太阳能源。当阴雨天或太阳能不足时，

用电辅助系统加热补充热水。这样可以确保热水供应的可靠性，并充分利用太阳能源，最大限度地减少用电量，降低运行费用。

（3）太阳能系统设计为温差循环太阳热水系统，达到充分利用太阳能，系统集热效率高；电辅助加热采

用温控方式作为太阳能热水系统辅助能源。 （4）冬季采用自限温伴热带防止管路结冰冻坏。 （6）供水承压供水，供水方式简单、方便.

（7）采用工业级可编程电脑控制器，实现太阳能和辅助加热系统的全自动化、智能化，确保控制系统的

可靠性，实现自动化运行，并具有可以根据用户的实际需要，任意修改控制程序，使系统实现真正意义上的全自动控制和智能化管理。

2．4用热水量及水箱容量

根据GB 50015-2003《建筑给水排水设计规范》,按照每人每天60L/天计算,每天需要洗浴的人数为3人/家,则每家需要40℃水量为180L,每个家庭设计水箱容量200 L.

2.5太阳集热器数量确定

根据现场情况及摆放后的美观性和检修方便性。选择￠58*1800热管真空管,每个家庭共计 支

58*1800热管真空管。轮廓总面积为1.75m2.

太阳能热水系统计算书

2.5、1 计算参数总括表

水箱总容量（L） 真空管数量（支,58*1800） 面积 2.5、2计算依据

（15） GB/T 18713-2002 《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》 （16） GB 50364-2005 《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》 （17） GB/T 20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》 （18） GB 50015-2003 《建筑给水排水设计规范》 （19） GB/T 17581-1998 《真空管太阳集热器》

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总计: 轮廓面积234 m 2（20） GB/T 17049-2005 《全玻璃真空太阳集热管》 （21）

（22） 用户要求和现有条件 2.5、3系统主要设计参数计算 （1）天津地区的太阳辐射资源

查有关资料，天津地区全年各月水平面的月平均日太阳辐照量见下表。

表1 天津地区全年各月水平面/当地纬度斜面上的月平均日太阳辐照量（MJ/㎡·d） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 月份 室外 平均气温 水平面 -4.6 8.68 -2.2 10.53 4.5 13.13 13.1 15.14 19.8 18.69 24 19.60 25.8 16.87 24.4 16.10 19.4 13.17 12.4 11.30 4.1 8.82 12 -2.7 7.78 纬度斜15.36 17.38 19.04 18.72 20.12 18.96 16.49 16.62 18.63 17.45 14.77 13.84 面 从上表可知：不同斜面上的太阳辐照量是不同的，且随月份（季节）变化而变化。本系统设计太阳集热器采用横置集热器模块,可实现对太阳的季节跟踪，因此设计计算选择纬度斜面的太阳辐射值。太阳能系统一般按年平均日太阳辐照量设计。因此查表1，取太阳集热器斜面（当地纬度斜面）年平均值16.15MJ/㎡·d作为设计值。

(2)天津地区热管真空管集热器的热效率

经有关检测机构测试，真空管集热器的效率曲线见右图。

从效率曲线可以看出，热管真空管集热器的热效率随tm（太阳集热器进出口平均温度）与ta（环境温度）的温差与太阳辐照度的比值（tm- ta）/G的变化而变化。也就是说，要求的产热水温度越低，环境温度越高，真空管的热效率就越高；反之，则越低。

查GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》(2001年版),天津地区的气象条件如下：年平均温度：11.5℃，极端最高温度39.1℃，极端最低温度－18.1℃。取年平均温度作为计算依据，即ta=11.5℃。

取G=600W/㎡，根据天津地区情况，冷水温度取10℃，热水温度取40℃，则tm = (40℃+10℃)/2 = 25℃，由此可计算出天津地区水平坐标的数值x =(25℃－11.5℃)/600 W/㎡=0.0225 ㎡K/ W。

查上图的太阳集热器效率曲线（三根曲线中中间的曲线为采光面积效率曲线），当水平轴x = 0.0225 ㎡K/ W时，热效率在0.78左右。因此，太阳集热器的采光面积热效率取0.78。

(3)每家真空管集热器的采光面积计算

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根据GB50364-2005《民用建筑太阳热水系统应用技术规范》,直接系统太阳集热器的采光面积可以按如下公式计算：

AcQWCw(tendti)f

JTcd(1L)式中：Ac ----- 直接系统太阳集热器的采光面积，单位 ㎡

QW ----- 日均用水量，单位kg。对于该太阳能系统，取180kg

CW ----- 水的定压比热容，单位 KJ/(kg·℃)。应取4.186 KJ/(kg·℃)。 tend ----- 贮水箱内水的终止温度，单位 ℃。对于该太阳能系统，应取40℃

ti ----- 水的初始温度，单位 ℃。对于该太阳能系统，应取10℃

f ----- 太阳能保证率。最新的国家标准建议取0.3～0.8。这里取0.7

单位 KJ/㎡。对于该太阳能系统，取16150 KJ/JT ----- 太阳集热器采光面的年均太阳辐照量，

㎡·d

cd ----- 太阳集热器效率。此处取采光面积效率,取0.76 L ----- 管路及贮水箱热损失。取0.1

据上述数据计算如下： 本工程:

AcQWCw(tendti)f= 1.43㎡ 本面积为采光面积1.43㎡.

JTcd(1L) (4) 所需热管真空管集热器数量计算

选用我公司生产的￠58*1800型热管真空管集热器，每块由Ф58*1800真空管组成，为了减小太阳集热器风载荷和防止真空管被大雪裹抱，热管真空管太阳集热器底部不设置反光板。根据GB/T 17581-1998《真空管太阳集热器》国家标准的规定，单块太阳集热器的采光面积（Aperture Area）为：

AaLanD0= 58mm×14×（1800-75） = 1.4㎡/块 Aa—— 太阳集热器的采光面积

La—— 除去联集管和尾架遮挡部分外的真空管集热管长度

D0—— 真空管罩玻璃管外径

n—— 太阳集热器真空管数量

因此，需要￠58*1800*14型热管真空管集热器的数量为：

集热器数: 1.43/1.4 ≈1块 ,则每家￠58*1800*14型热管真空管集热器一套.由于热管真空管设计在阳台位置，建筑阳台的位置为0.9米， 可以放置￠58*1800*11型热管真空管集热器，每块1.75m。

太阳能热水系统的节能保证率：11（根）/14（根）*100%=78.5%

本项目共计923户住户，合计需要￠58*1800*14型热管太阳能923套，则 热管太阳能面积为：923(户)*1.75（m/户）=1615平米。

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2.6集热器摆放

A．选型：选用热管真空管集热器，茶色铝合金外框，与屋面、建筑等色调协调，没有光污染。

B．位 置：根据建筑要求，集热器嵌入摆放在阳台上。

C．摆放方式：设计为横置摆放方式，铺于阳台上设计的钢支架上。详见集热器平面布置图。 D．支 架： 采用角钢在阳台上设计一整体支架，外刷草绿色防腐防锈涂料。

2.7.热水水箱设计

A．位 置：水箱在阳台设备间，满足250kg承重要求。 B．选 型：选择换热承压密闭水箱，水箱容量为200L。

2.8. 太阳能循环泵设计

A设计参数: 工作流量Q= 20-30kg/M2.h太阳能 根据现场情况及管路沿程阻力选取工作扬程 B.品牌选择:德国威乐热水循环泵。 C.具体型号见下表: 型 号 RL50-140 扬程(m) 15 流量(t) 40 功率(KW) 4 KW 电压(AC,V) 380

2.9.电辅助能源设计

辅加热功率设计

计算原则:应按阴雨天完全靠电加热加热时计算 计算参数：最长加热时间：3小时

冷水水温：10℃

热水水温：40℃

加热水量：180

由以上参数计算锅炉加热功率为：

P = CMΔT/ H·860·η = 1*180*(40-10)/3*860*0.9=2.32KW（设计电负荷为；2--4KW）

式中： C：水的比热 1千卡/kg·℃

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M： 加热水量 kg

ΔT: 加热温差 ℃

H：加热时间 小时 860：每KW加热每小时发热量 千卡

η：加热效率 90%

2.10.系统管路设计

A. 管材选型:根据用户要求,选用热镀锌管

B. 管径确定:

1.太阳能循环管: Φ80 2.自来上水管: Φ50 3.供水管道: DN80

C．连接方式：根据用户要求选用焊接连接方式;

D．管路保温： 采用5CM橡塑管保温，再缠玻璃丝布，外刷草绿色涂料。保温效果好，又与屋

顶、集热器色调协调。

2．11．关键设备选型介绍

1．热管真空管简介

热管真空太阳能集热管技术参数 真空管结构 玻璃材料 材料硬度 内管镀膜 太阳吸收比ɑ 半球发射比εh 空晒性能参数 闷晒太阳辐照量H 真空集热管的平均热损系数ULT 真空夹层内的气体压强P 寿命 热管真空管 硼硅玻璃3.3 莫氏硬度7.2 三靶干涉膜工艺 ≥0.965(AM1.5) ≤0.035(80℃±5℃) ≥230mC/KW ≤4.7MJ/ m(35℃) ≤0.85W/( m. ℃) ≤5. 0X 10 - Pa 15年以上 322202． 系统产品介绍

（1）太阳集热器选型与布置

目前国内使用的太阳集热器类型主要有平板集热器、全玻璃真空管集热器、热管集热器。平板集热器不防冻，一般只在春、夏、秋三季使用；全玻璃真空管集热器在零下25℃条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，但冬季利用太阳能的效率较低，是目前普遍使用的产品；热管集热器可在零下50℃条件下使用，但其冷凝端（加热端）表面积仅是全玻璃真空管的百分之一，承压运行，换热效率高，安全可

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靠，适合在北方高寒地区使用。因此选择热管真空管集热器。

我公司生产的工程用热管真空管集热器模块，已实现标准化、模块化，模块所有的复杂技术已在车间完成，现场安装只需简单拼接即可，方便快捷，美观大方。

1）热管太阳能集热器

内胆：无氧铜金属焊接制作

保温：无氟聚氨酯发泡保温，保温性能好，绿色环保 外框：茶色抗腐蚀铝合金型材,无光污染,美观

热管真空管密集式排列：单位长度集热热管真空管数量多，吸热快，效率高

集热器性能参数

热管型号 Ф58*1800 热管数量 11支 保温材料 聚氨酯 许可压力 6kg/cm2 接口 Dg25*30 外形尺寸 900*2000

（2）控制器

选用本公司生产的可编程控制器，控制程序采用我公司研发的太阳能工程系统专用控制程序，功能强大，可实现任意功能的自动控制，可根据实际任意更改和升级控制程序，并可远程监控。 控制器

我公司根据多年安装经验开发的专用程序 程序控制，灵敏准确 程序可任意更改升级

六.系统原理

6．1太阳能温差循环加热

当进口控制器使太阳能系统自动温差循环控制。当太阳集热器水温高于储热水箱水温时，循环水泵自动启动，将储热水箱内较低温度的水泵入太阳集热器继续加热，同时将太阳集热器内较高温度的热水顶入储热水箱。如此，通过使储热水箱水温升高的方法储存太阳集热器吸收的太阳能。

6．2储热水箱水温控制

当由于循环散热等原因，使储热水箱的水温低于设定值时（一般应设定在45～55℃之间），进口控制器会自动根据情况选择加热方式。当太阳能正常时，自动启动太阳能循环水泵，通过太阳能加热储热水箱内的水；当太阳能不足时，自动启动生物质锅炉加热，加热到设定温度，辅助加热自动停止。

6．3用热水

采用全天供热水方式，保证打开淋浴喷头很快就出热水。

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七.协商部分

1、放置太阳能水箱设备间最好全封闭处理，水箱设备间预留管道井，该管路井需要走5根DN80太阳和换热管道。

2、热水换热水箱电辅助加热功率为4KW，预留电缆到水箱间。 3、热水换热水箱需要满足承重250KG. 4、太阳能集热器下面需要做防护装置。

5、太阳能热水系统需要预留支架和支管暗管管路，详见图纸。

八.太阳能面积布置：

楼号 每座楼住户 需要太阳能面积（每座楼） 楼顶和机房布置太阳能面积 113 m 2阳台布置太阳能面积 太阳能布置位置说明 楼顶，机房上和16层以上阳台 楼顶和5层以上阳台 2，3，8，9号楼 94户 164.5 m 251.5 m 24，5，6，7，12，13，14，15号楼

40户 70 m 240 m 230 m 2 8