太阳能热水系统工程方案设计Word格式.docx

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1、基本情况及用户要求

本工程为******商务宾馆太阳能热水系统工程，经于用通及现场勘查，用户要求采用温差循环加空气源热泵辅助加热式太阳能热水系统设计及施工，保证热水供水。

用户要求，根据建筑的结构特征和布局形式，提供详细可行的太阳能热水系统设计方案及报价。

系统增配备用电加热功能。

2、设计依据

（1）GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》

（2）GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》

（3）GB/T20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》

（4）GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》

（5）GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》

（6）GB/T17049-1997《全玻璃真空太阳集热管》

（7）GB/T25966-2010带电辅助能源的家用太阳能热水系统技术条件

（8）GB/T191包装储运图示标志（GB191-2000,egvISO780:

1997）

（9）GB/T4271平板型太阳集热器热性能试验方法

（10）GB/T4272设备及管道保温技术通则

（11）GB4706.1家用和类似用途电器的安全

第一部分:

通用要求（GB4706.1-1998,idtIEC335-1:

1976）

（12）GB4706.12家用和类似用途电器的安全贮水式电热水器的特殊要求：

（GB4706.12-1995,idtIEC335-2-21:

1989）

（13）GB/T6424平板型太阳集热器技术条件

（14）GB/T8175设备及管道保温设计导则

（15）GB/T8877家用电器的安装、使用、检修安全要求

（16）GB/T12936.1太阳能热利用术语第一部分

（17）GB/T12936.2太阳能热利用术语第二部分

（18）GB/T13384机电产品包装通用技术条件

（19）GB/T14536.1家用和类似用途电自动控制器第1部分:

（20）通用要求（GB/T14536.1-1998,idtIEC730-1:

1993）

（21）GB/T15513太阳热水器吸热体、连接管及其配件所用弹性材料的评价方法

（22）GB/T17049全玻璃真空太阳集热管

（23）GB/T17581真空管太阳集热器

（24）GB/T18708家用太阳热水系统热性能试验方法

（25）GB50057建筑物防雷设计规范

（26）NY/T513家用太阳热水器电辅助热源

（27）NY/T514家用太阳热水器储水箱

（28）ISO9488:

1999太阳能词汇

（29）用户要求

3、太阳能热水方案主要考虑的几个问题

鉴于本太阳能系统用于宾馆洗浴热水供应的特点，根据国家相关设计规范，结合多年来我公司在太阳能系统设计安装方面的经验，在满足上述规定的设计要求的基础上，我方还重点考虑了以下几个问题：

3.1可任意修改太阳能系统运行模式，以解决用户全年用热水需求变化问题

根据我方以往的经验，用户用热水的时间和用水方式等会作出调整或变化。

为此，我方设计的系统考虑了可能的多种备用预留，并选用工业级可编程控制器，控制程序选用我公司根据多年太阳能安装经验开发的太阳能系统控制程序。

该控制程序可根据用户的实际情况，随时任意更改，从而可满足用户方在今后使用太阳能时，根据实际情况对太阳能系统运行进行任意调整的问题。

3.2系统防冻问题

防冻设计是我国冬季结冰地区太阳能热水系统必须重视的问题。

根据我公司多年的设计经验，采用根据管道水温和太阳能集热器水温，对开式系统实现循环防冻和电伴热带和水箱防冻电加热相结合的多重防冻措施确保零下40度不冻结，对闭式系统采用高牌号的防冻热交换介质和水箱防冻电加热确保零下45度不冻结，在全国地区可以保证管路冬季不被冻死，从而确保系统正常工作。

3.3减少系统维修，提高系统可靠性问题

太阳能系统经常发生的故障主要包括：

①水泵噪音大或损坏；

②电磁阀开闭失灵；

③控制系统失效；

④电伴热带失效；

⑤阀门漏水或失灵；

⑥真空管炸管漏水；

⑦冬季管路结冰导致系统无法使用。

我方将会根据我方多年来的经验，尽可能地减少上述可能发生的故障，确保系统正常运行。

3.4解决太阳能与建筑协调性问题

在太阳能太阳能集热器选型、布局、管路敷设等方面充分考虑了与周边环境的协调问题，最好达到太阳能系统与周边环境相互映衬，完美融合。

既体现太阳能系统节能环保，又表现太阳能系统与建筑和自然环境一体化，和谐统一。

4.太阳能热水系统原理说明（后附加）

5.设计过程

5.1用热水量确定

根据现场和与用户方沟通，用水情况如下：

贵宾馆共70个房间人使用热水，24小时使用，确定用水量为8吨。

5.2集热器类型选择

目前国内使用的太阳集热器类型主要有平板型太阳集热器、真空管太阳集热器、热管真空管太阳集热器、U形管真空管太阳集热器。

平板型太阳集热器在春、夏、秋三季使用时效率高，且可以承压运行，但保温性能不如真空管太阳集热器，适合在春、夏、秋三季使用；

冬季使用时，需作特殊设计。

真空管集热器在-30℃的低温条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，冬季利用太阳能的效率最高，但本身不能承压，存在炸管泄漏问题；

热管集热器可在零下50℃条件下使用，能够承压运行，但热管冷凝端（加热端）表面积仅是真空管的百分之一，易结水垢，换热效果不如真空管，且使用效果直接受到热管本身质量和寿命的影响，部分热管出现质量下降和衰减问题，不容易被发现，且成本高；

U形管真空管太阳集热器是在真空管的内壁插入了一根U形的铜管，利用传热介质在U形铜管内流动将真空管吸收太阳热能带走，因而可封闭带压循环，不存在炸管泄漏问题，但由于U形管怕冻，因此必须采用防冻液介质循环，成本相对也高。

根据山东地区的气候条件和各种集热器的特点进行选择，选型原则：

安全性、系统经济性综合考虑。

我们认为：

应选择全玻璃真空管太阳集热器比较合适，热效率高，经济实用，是目前国内市场普遍使用的产品。

我公司生产的全玻璃真空管集热器的特点

内胆：

304/2B食品级不锈钢

保温：

无氟聚氨酯发泡保温，保温性能好，绿色环保

外框：

抗腐蚀铝合金型材,无光污染,美观

真空管密集式排列，单位长度集热管数量多，吸热快，效率高

可拆卸式标准模块，运输方便，组装快捷

（样图，以实物为准）

（1）夏季冷水基础水温：

选取基础水稳为15℃

（2）全年太阳辐照情况

根据国家气象中心提供的2001年全国各地日均及年总辐射数据（单位MJ/㎡），据烟台站（北纬37030′度，东经121015′度，区站号54764）太阳辐照量情况如下：

月份

辐照量

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

日均

7.30

10.21

16.18

16.65

22.43

17.08

16.78

18.54

16.06

11.88

8.61

6.88

年总

5137.75

（3）3月份太阳辐照量（春分所在月）单位：

MJ/㎡

日期

1号

2号

3号

4号

5号

6号

7号

8号

9号

10号

9.14

11.31

13.88

17.45

13.77

12.60

16.59

15.24

17.56

18.98

11号

12号

13号

14号

15号

16号

17号

18号

19号

20号

16.46

17.37

15.85

6.67

19.53

11.98

14.64

17.88

18.11

16.71

21号

22号

23号

24号

25号

26号

27号

28号

29号

30号

16.60

20.68

20.81

16.22

21.74

18.68

1.69

21.47

17.86

22.58

31号

21.64

5.3真空管集热器的采光面积计算

国家标准《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GBT18713—2002及《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364—2005第4.4.2条规定,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,按国家标准计算采光面积，

4．4计算公式

一般按下式计算

AC=

QwCw（tend-ti）f

JTηcd（1-ηL）

（式——1）

Ac——直接系统集热器采光面积，m2；

Qw——日均用水量，Kg；

tend——储水箱内水的终止温度（用水温度），℃；

Cw——水的定压比热容，KJ/（Kg·

℃）

ti——水的初始温度，℃；

JT——当地春分或秋分所在月集热器受热面上月均日，此处选春分所在月9月份正常晴天的辐照量KJ/m2；

f——太阳能保证率，无量纲，按80%；

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；

ηcd——集热器全日集热效率，国标经验值取0.40~0.55；

ηL——管路及储水箱热损失率，无量纲，国标经验值取0.1-0.2；

本系统用水量按6吨水设计，已知：

Qw=8000Kg，tend=45℃，Cw=4.18KJ/（KG·

℃）,ti=15℃，

JT=17000KJ/m2（3月辐照量），f=1，ηcd=0.55，ηL=0.1。

代入式中——1中，得出：

Ac=119m2，为使系统整体协调使用我公司φ58/1600/50支真空管集热模块工程共需18块，为使整体协调安装集热器20快，每块6.5m2，共计采光面积为130m2。

5.5系统智能控制器设计

系统智能控制器应实现以下功能：

太阳能系统自动产生热水/太阳能贮水箱满水后自动转入温差循环/自动优先利用太阳能加热热水，当太阳能不足时自动启动电加热管辅助加热/系统自动补水自动切换/系统自动防冻/水温水位等参数的中文显示/太阳能系统远程监控/自动手动转换/用户要求的其它功能等。

我公司研发的该类型智能控制器和控制程序属国内领先，采用工业级CPU可编程电脑控制器，实现太阳能系统的全自动化、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，使太阳能系统实现真正意义上的全自动控制和智能化管理。

该控制器已在上百个太阳能系统上使用多年，智能化程度高，升级方便，稳定可靠。

5.6其他安全问题

防风雪系统支架为整体结构，并与楼面预留的地墩固定。

承重基础做好防水。

防冻系统室外冷水和循环上水安装有自限温电伴热带，可保证冬季不冻。

防雷击系统如不在原建筑防雷设施防护区内，按相关标准做防雷设施。

防冰雹系统配置的真空管可抗击Φ2.5CM冰雹。

防漏电采用漏电开关和接地双重保护，确保用电安全。

防水垢采用控制温度及水循环的办法尽量减少水垢产生

防渗漏严格按施工工艺要求做好防水防渗工序

承重根据建筑结构情况，合理确定水箱承重方

6.对于关键问题的解决方案

1）水位问题：

本设计极热器高度可能比水箱高或同一水平，怎样防止缺水暴晒损坏集热器。

答：

本系统采用定温放水+温差循环。

集热器内温度达到设定温度，电磁阀打开，自来水将集热器内的热水打入储热水箱，如此反复，直至水箱水满。

水箱水满后，进入温差模式，集热器内热水温度和水箱温度差达到设定值，循环水泵启动，将水箱内的低温水和集热器内的水进行循环，如此反复。

也就是说，集热器内的水永远是满水位，何况我方投标用的集热器可以经受暴晒。

2）单根集热器损坏采用何种措施保障系统运行

施工时没组集热器上都安装有铜阀门，如果一旦集热器损坏，将阀门关闭，不影响使用。

3）水泵循环存在压力，如何解决集热管接头耐压和老化问题。

系统虽配置有循环水泵，但集热器和水箱是通过管路连接起来，形成一个循环系统所以集热管接头存在压力较小，何况集热器管接头为耐高温硅胶管，并且使用寿命很长。

4）系统如何进行监控和管理，以便及时处理出现的问题。

本系统控制柜为液晶触摸型，可以在值班室安装一个显示屏，准确了解太阳能各部分运行状况。

如出现状况，系统会自动报警，根据提示，便于及时处理，不影响使用。

二、太阳能施工方案设计

1、太阳集热器的摆放形式

我公司生产的工程用集热器模块，已实现标准化、模块化，对于施工和与建筑物结合非常有利。

所有工程模块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。

根据建筑的结构布置形式，并考虑太阳能集热器的摆放方便性、与建筑本身的协调性等问题。

太阳能集热器摆放在建筑楼顶。

太阳能集热器拟采用集中摆放方式,这样热损小,外形美观,不需考虑集热器之间的遮光距离.并且占地面积小.

我公司安装的类似太阳能集中摆放方式图片

老龄公寓

公司家属楼

宾馆

2、太阳能集热器钢结构支架及其承重基础的设计

采用槽钢/方管/镀锌角钢现场制作整体支架,支架焊接处做四遍防腐防锈处理,支架结构详见集热器支架结构图.

支架基础采用预制水泥墩,如果具备条件,承重点处与屋顶结构生根连接.

3、太阳能蓄热水箱安装位置

楼顶太阳能水箱内胆采用SUS3042B食品级方形形不锈钢水箱,水箱安装在建筑承重基础上，水箱高度小于集热器支架高度，不影响建筑的整体美观。

。

a）款式新颖技术一流

由整张不锈钢板焊接而成，具有同时代特征与漂亮外观，对应配套，选择灵活。

b）安全卫生经久耐用

　整个系统为封闭式，不锈钢材料表面光滑，不易附生藻类，水中沉淀物亦清晰冲刷。

c）安装方便任意组合

　水箱可任意摆放。

d）选材优异防蚀抗裂

　选用性能优异的奥氏体、铁素体、超低碳不锈钢板材拉伸压制，具有独特的耐腐蚀抗裂性能。

e）制作精良用途广泛

　以精密的成型模具，适合公寓、高楼、厂家的冷热水贮水箱，食品、医药、环保、化工行业的贮液容器。

f）保温优良、外形美观60CM成型聚氨酯保温，外包镀锌拼装板。

4、太阳能系统防过热、防冻、防结垢、防雷、防漏电、防渗漏、防风、防冰雹、防腐、承重安全、关键设备保护、系统检修等系统安全设计

（1）防炸管及炸管自动预处理设计用于开始系统（可选）

（2）防过热

控制程序设计有太阳能高温及水箱高温保护程序.高温时会自动启动高温保护模式。

（3）防冻

1．真空管集热器防冻用于开式系统

全玻璃真空管集热器采用真空保温，可用在年最低气温-30℃以上的地区，根据河北地区气象资料，真空管集热器完全可以满足系统防冻要求。

2．室外循环管路防冻

采用温控自动循环+温控自动电伴热带+水箱防冻加热+停电应急排空多重防冻设计。

温控自动循环：

循环管路温度低于5℃时，循环泵自动启动，循环管路温度高于8℃时，循环泵自动停止。

温控自动电伴热带：

循环管路温度低于3℃时，电伴热带自动启动，循环管路温度高于8℃时，电伴热带自动停止。

应急排空：

当系统停电时，冬季最低气温连续低于-30℃时，可采用打开室外安装的排空阀方式，排空管道内水方式达到防冻目的。

（4）防结垢（可选）

采用硅磷晶水处理装置。

硅磷晶水处理技术成熟，防垢效果良好，本设计在所有系统都安装了硅磷晶水处理装置。

并通过控制水温及水循环的方法尽量避免水垢的产生。

（5）防雷

太阳能支架设置避雷针，并按规范与屋面防雷网采用镀锌钢筋多点连接。

（6）防漏电

采用可靠接地及漏电开关保护双重保护。

（7）防水

太阳能集热器支架底脚为预制水泥墩,预制水泥墩中心预留有预埋件，预埋铁与支架焊接连接，所以不会破坏屋面防水。

（8）防风

系统设计的太阳能集热器为整体支架，支架与屋面承重墙体生根连接。

每套真空管太阳能集热器通过18条Φ8不锈钢螺丝与整体支架固定。

（9）防冰雹

系统配置的真空管采用高强度硼硅玻璃，可抗击Φ35mm冰雹。

（10）防腐

1．水箱及太阳能集热器：

内胆均采用304/2B食品级不锈钢，抗腐蚀能力强，经久耐用。

2．管路：

国标热镀锌钢管。

3．支架：

采用镀锌角钢，支架焊接处打磨刷环氧聚酯漆2遍，外刷银色摩天碳漆2遍。

（11）承重

1．太阳能对屋面的荷载

对屋面产生载荷主要包括三部分：

集热器整体支架重量、集热器本身及容水重量、屋面管道阀门保温附材重量，经计算真空管太阳能集热器对屋面的荷载为：

50Kg/m2。

2．水箱对屋面的荷载

水箱基础承重在建筑的结构的承重柱上，并经设计院审核。

（12）关键设备保护

1．真空管：

设计有防真空管炸管程序（可选）。

2．循环水泵：

设计有水位保护，不会缺水运转，并具有缺相、短路、高温、漏电保护。

（13）系统检修

①真空管炸管漏水（可选）；

⑥冬季管路结冰导致系统无法使用；

⑧水泵噪音大或损坏。

我方将会根据多年来的经验，尽可能地减少上述可能发生的故障，确保系统正常运行。

三、工程产品介绍

1、太阳能集热器

■真空管密集式排列，单位长度集热管数量多，吸热快、效率高

■环保型无氟聚氨酯发泡保温，保温性好，绿色环保

■可拆卸式标准模块，运输方便，组装快捷

■镀锌钢板外框,无光污染,外形美观

■304/2B食品级不锈钢内胆，卫生洁净。

■可承压运行6kgf/cm2

■热传导快启动快

■耐低温零下45度不冻结

集热器保温部分：

北京****引进具有先进技术的高压发泡设备，采用恒温、恒压、定量全自动发泡，并经过高温熟化，具有发泡细密、均匀、闭孔率高、保温性能好等特点，能有效减少散热，降温慢，从而极大方便了热水的使用，节省了能源。

特点：

①闭孔率高，热量不易穿透；

②发泡均匀，保温性好；

③经过高温熟化处理，更稳定，不老化；

④工艺复杂：

微电脑全自动恒温高压聚氨酯发泡；

聚胺脂发泡材料参数：

参数

详细指标

密度（kg/m3）

35.82

压缩强度（kpa）

172.50

导热系数（w/mk）

0.0193

闭孔率（％）

95.10

尺寸稳定性

方向

条件

长度

宽度

厚度

平均值

-20℃，24h

0.23

0.18

0.46

0.30

100℃，24h

0.63

0.69

0.60

2、真空管

采用全玻璃真空管，

质量优势：

引进世界先进的技术，采用准确的在线检测设备和方法，执行严格的选材体系，全面贯彻ISO9000质量保证体系标准，造就北京****真空管优异品质，确立了北京****集热管的领先地位。

北京****集热管具有以下质量优势：

1.公司采用运用国外先进的熔化技术生产的优质高硼硅玻璃管，保证了集热管管材各项技术性能达标。

2.玻璃管清洗使用去离子水清洗，去离子水的纯水电阻率达到10MΩ以上，采用自动清洗机彻底清

洗玻璃管的表面，保证内管与吸收涂层结合牢固。

3.引进国外先进镀膜技术，生产“蓝色”集热管，太阳选择性吸收涂层的颜色为地中海蓝色，能适应

在高温400℃的条件下工作。

镀膜管吸收率≥0.925，发射率≤0.065，大大提高了集热管的吸收性能。

4.引进世界先进的Optosol-Alpameter检测仪，测量吸收涂层的吸收率和发射率。

测量程序根据测量结果通过计算机软件进行处理数据，模拟调试工艺，使太阳吸收涂层的品质得到不断的优化和提高。

5.镀膜机采用先进的触摸式无开关自动镀膜技术，有效控制设备操作，提高生产效率。

自动控制运行镀膜工艺，有效地控制工艺参数，保证镀膜真空度，提高膜层质量。

6.采用先进的环封技术和退火系统，内外管封接牢固，内应力消除干净，彻底解决了环封口部位易破碎、炸裂的难题，使集热管在运输、安装和使用过程中的破碎率降至最低。

7.公司建