家用 太阳能热水器工程 设计手册 马良军.docx

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家用太阳能热水器工程设计手册马良军

家用太阳能热水器设计手册

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目录

一、概论……………………………………………………………………………………3

1.1总则……………………………………………………………………………………3

1.2引用的标准规范与图集………………………………………………………………3

二、家用太阳能热水器概述………………………………………………………………4

2.1家用太阳能热水器简述………………………………………………………………4

2.2家用太阳能热水器常用类型及运行方式……………………………………………7

2.3家用太阳能热水器安装形式…………………………………………………………8

三、家用太阳能热水器设计规范………………………………………………………12

3.1基本规定………………………………………………………………………………12

3.2规划设计………………………………………………………………………………12

3.3建筑设计………………………………………………………………………………12

3.4结构设计………………………………………………………………………………13

3.5管路设计………………………………………………………………………………14

3.6运行控制设计…………………………………………………………………………14

3.7电气及防雷设计………………………………………………………………………14

四、家用太阳能热水器施工与安装规范………………………………………………15

4.1一般规定………………………………………………………………………………15

4.2基座……………………………………………………………………………………15

4.3支架……………………………………………………………………………………16

4.4太阳能热水器…………………………………………………………………………16

4.5管路……………………………………………………………………………………16

4.6电气与自动控制系统…………………………………………………………………17

4.7水压试验与冲洗………………………………………………………………………17

4.8调试……………………………………………………………………………………17

五、家用太阳能热水器验收规范………………………………………………………19

5.1一般规定………………………………………………………………………………19

5.2分项工程验收…………………………………………………………………………19

5.3竣工验收………………………………………………………………………………20

一、概论

1.1总则

本培训材料编写的宗旨是提高-太阳能家用产品的设计安装能力，对产品出现故障进行解决，满足用户的用热水需求，能分析目前出现产品的故障原因，使-太阳能家用产品设计安装规范化、系统化、科学化。

使-太阳能热水系统的设计、安装与建筑和周围环境协调一致、风格统一、便于维护；在产品安装交付用户使用后，运行可靠、性能稳定。

本资料在编写过程中，由于水平和掌握资料有限，难免有不足和欠妥之处，请各位提出宝贵意见，待以后改进。

1.2引用的标准规范与图集

1.2.1引用的国家标准规范

Ø《民用建筑太阳热水系统应用技术规范》（GB/50364-2005）

Ø《太阳能热水系统性能评定规范》（GB/T20095-2006）

Ø《家用太阳热水系统热性能试验方法》（GB/T12915-1991）

Ø《家用太阳热水系统技术条件》（GB/T19141-2003）

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

Ø《太阳能热利用术语》（GB/T12936-1991）

Ø《全玻璃真空太阳集热管》（GB/T17049-1997）

Ø《真空管太阳集热器》（GB/T17581-2007）

Ø《家用太阳热水器电辅助热源》（NY/T513-2002）

Ø《家用太阳热水器储热水箱》（NY/T514-2002）

Ø《工艺设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-1997）

Ø《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339-2003）

1.2.2引用的国家标准规范

Ø《太阳热水器选用与安装》（06J906-6）

Ø《太阳能集热系统设计与安装》（06K503）

Ø《太阳能集热系统设计与安装》（06SS128）

1.2.3其它相关地方标注规范与图籍

二、家用太阳能热水器概述

2.1家用太阳能热水器简述

2.1.1家用太阳能热水器定义

家用太阳能热水器是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水储存的热水器，其储热水箱容积低于600公斤。

2.1.2家用太阳能热水器工作原理

太阳能热水器是一个光热转换器，区别于传统的自然利用，如晾晒、采光。

真空管是太阳能热水器的核心，他的结构如同一个拉长的暖瓶胆，内外层之间为真空。

在内玻璃管的表面上利用特种工艺涂有光谱选择性吸收涂层，用来最大限度的吸收太阳辐射能。

经阳光照射，光子撞击涂层，太阳能转化成热能，水从涂层外吸热，水温升高，密度减小，热水向上运动，而比重大的冷水下降。

热水始终位于上部，即水箱中。

太阳能热水器中热水的升温情况与外界温度关系不大，主要取决于光照。

当打开厨房或洗浴间的任何一个水龙头时，热水器内的热水便依靠自然落差流出，落差越大，水压越高。

2.1.3家用太阳能热水器主要组成与特点

2.1.3.1储热水箱

a、水箱外壳：

水箱外壳材料选用厚度δ≥0.4mm的彩钢板（或不锈钢或镀铝锌板），强度高，耐腐蚀。

b、水箱内胆：

水箱内胆材料选用厚度δ≥0.5mm的进口SUS304-2B食品级不锈钢板经自动氩弧焊焊接加工制成，304不锈钢板含碳量低，因此焊缝质量高，不易锈蚀。

c、水箱保温：

采用进口聚氨酯360度立体整机发泡，36米恒温熟化设备恒温熟化处理，厚度δ≥45mm，保证了太阳热水器的热效率大于50%；

2.1.3.2真空集热管

a、真空管的集热原理：

靠内管外壁上的选择性吸收涂层，吸收波长为0.3~1.3微米波段的太阳光线（主要是可见光和近红外线）来集聚光能，从而使光能转化为热能，并由真空夹层保温隔热，降低热损失。

b、在1979年，我国已研制出第一代电镀膜的真空管，在1986年完成了磁控溅射镀膜的全玻璃真空太阳集热管。

我公司真空管就是采用太阳能热水器行业最先进的镀膜技术——三靶磁控溅射镀膜制造而成。

c、结构说明：

全玻璃真空太阳集热管由具有太阳选择性吸收涂层的内玻璃管和同轴的罩玻璃管构成,内玻璃管一端为封闭的圆顶形状,由罩玻璃管封离端内带吸气剂的支撑件支撑;另一端与罩玻璃管一端熔封为环状的开口端.其结构如下图：

1-内玻璃管2-太阳选择性吸收涂层3-真空夹层

4-外玻璃管5-不锈钢弹簧卡子6-吸气剂

真空管的结构

①.内玻璃管：

真空管的支撑元件，与内管组成真空夹层。

②.太阳选择性吸收涂层：

内管外壁的黑色或海蓝色部分，是具有高效的太阳吸收率和低发射率的表面，它是真空管进行光热转换的介质。

太阳光线经过外管照射到膜层，膜层通过吸收太阳光线中的可见光和近红外线来集聚能量，并将光能转化成热能，使管内的水温不断升高。

③.真空夹层：

内管与外管通过溶封后，形成空间，利用真空机组将夹层中的气体抽出形成一个低于大气压的空间（P≤5×10-4Pa）。

其作用在于减少热损失，抗冻保温作用，从而大大提高真空管的集热效率。

④.外玻璃管：

盛放介质的容器，外表有太阳选择性涂层，将太阳的光能转化为热能，与外管形成真空夹层。

⑤.不锈钢弹簧卡子：

支撑内管自由端，使内管保持真空夹层的均匀度和内外管之间的同心度，又可固定吸气剂。

⑥.吸气剂：

是指与弹簧卡子相连的不锈钢钢环上所附着的钡铝镍成分，真空管底部约50mm的银白色部分是消气镜面，也叫吸气膜。

它是吸气剂在800℃以上高温状态下蒸散得到的，消气镜面的作用是为了吸收夹层内残余的空气，以进一步提高真空度。

太阳能在使用过程中，如果真空管的吸气镜面消失，说明真空夹层内进入大量空气，真空管就不能正常工作了。

2.1.3.3热水器支架：

热水器支架采用塔式支架，材料采用镀锌钢板折弯成型后喷塑，外形美观、结构牢固、安装方便、耐腐蚀性强。

2.1.3.4其他：

a、尾托盒：

固定真空集热管尾部的零件，其作用是保持真空玻璃管的稳定。

b、密封圈：

用于密封真空集热管与水箱连接处的零件。

c、防尘圈：

真空集热管插入水箱密封圈后，用于封堵真空管与水箱开孔的零件。

d、铁鞋：

用于固定太阳能热水器与屋面基础的零件。

2.1.3.5热水器图：

2.1.4太阳能热水器产品性能参数

2.1.4.1年日照时数大于1400小时，水平面上年太阳辐照量大于4200MJ/㎡·a的地区，宜设计、选用太阳能热水系统。

2.1.4.2热性能参数

（1）供水温度：

在日太阳能辐照量为17MJ/m2，日平均环境温度在15℃～30℃范围内，环境风速小于等于4m/s，集热开始时贮热水箱内水温20℃条件下，集热结束时，太阳能热水系统贮热水箱内的水的温度应大于等于45℃。

（2）系统热性能：

在日太阳能辐照量为17MJ/m2，日平均环境温度在15℃～30℃范围内，环境风速小于等于4m/s，集热开始时贮热水箱内水温20℃条件下，集热结束时，太阳能热水系统的日有用得热量应大于等7.8MJ/m2，平均热损因数应小于3W/（m2℃）

2.2家用太阳能热水器常用类型及运行方式

系统类型

系统图示

运行方式与适用范围

紧凑式

落水式

1、采用自然循环、直接加热方式；

2、采用非承压水箱，依靠水箱与用水点的高差供热水；

3、热水器的冷水进水与热水出水共用一根管道，手动控制热水器的补水，沐浴器为热水单管供应；

4、可根据用户的需求设置辅助加热系统和智能控制设备；

5、无防冻措施；

6、适用于多层住宅、别墅等用热水要求不高的场所

顶水式

1、采用自然循环、直接加热方式；

2、采用承压水箱，依靠给水系统压力将热水顶出供热水，热水器自动补水

3、可一般设置辅助加热系统，沐浴器为热水单管供应

4、可根据用户的需求设置防冻、防过热等措施，适用于多层住宅、别墅等用热水要求不高的场所

2.3家用太阳能热水器常安装形式

2.3.1、坡屋面露台式

Ø

施工步骤：

1）现浇屋顶平台及南北坡，且同时在平台及北坡预留U-PVC太阳能管井及阻燃太阳能穿线管。

2）砖砌北立墙，且同时在北立墙内预留太阳能主机固定件。

3）用预制水泥板施工平台以上北坡。

4）敷设屋脊避雷带。

5）做屋面（平台及坡面）防水。

6）安装太阳能主机，并用联结件与北立墙预埋件可靠联结。

7）按工艺要求敷设太阳能管线。

Ø优点：

1）在屋顶平台上安装维护太阳能热水器安全方便。

2）屋顶的避雷带可以完全有效保护覆盖太阳能热水器。

3）对于顶层阁楼由此而形成此平顶，更有利于阁楼内的装潢美观。

4）可根据不同纬度地区调整太阳能集热面采光角。

5）抗风且主机保温水箱在冬季热损耗更小。

2.3.2、坡屋面式与平台式

Ø

施工步骤：

1）现浇屋面坡顶时，同时在南坡预留如图所示的水泥墩及预埋件;在北坡预留U-PVC管井及阻燃太阳能穿线管。

2）预埋件为直径16mm罗纹钢，折成如图形状。

3）屋面防水做好后，用国标8#槽钢与预埋件罗纹钢可靠焊接。

4）国标5#槽钢与屋顶太阳能避雷带可靠电气联结。

5）太阳能主机支架通过U形联结件与8#槽钢可靠联结。

6）按工艺要求敷设太阳能管线。

2.3.3、斜屋顶式

2.3.5、平屋顶式

2.3.6、太阳能管道与建筑结构的结合（所有太阳能管道屋面部分保温，通过预留的U-PVC管井入户）

2.3.7、太阳能辅助电缆与建筑结构的结合（全部线缆屋面及室内部分全部采用PVC阻燃管敷设）

注：

在建筑进行土建施工阶段，就按太阳能厂家及设计院所提供的尺寸及位置，预留太阳能管井且敷设好太阳能系统的相应穿线管;在建筑进行电气施工阶段时，再穿敷相应的太阳能管道及电气线缆。

2.3.8、太阳能控制系统与建筑结构的结合

注：

在卫生间的墙体施工砌墙阶段，必须按太阳能厂家及设计院所提供的尺寸及位置，预留太阳能控制箱的安装位置,且敷设好太阳能系统的相应穿线管;在建筑进行电气施工阶段时，再安装防水型嵌入式家用太阳能热水系统控制箱，并穿敷相应电气线缆。

三、家用太阳能热水器设计规范

3.1基本规定

3.1.1太阳能是一种可再生的绿色能源，居住建筑的生活热水制取应优先采用太阳能热水系统。

3.1.2别墅及排屋类住宅应采用太阳能热水器制取生活热水。

3.1.3低层及多层类住宅宜采用太阳能热水器制取生活热水。

3.1.4高层住宅，宜在条件许可的前提下，尽量选取合理的太阳能热水器制取生活热水。

也可以采用栏板式、阳台式集热器制取生活热水，但应保证集热器能充分地采集阳光。

3.1.5太阳能热水器设计应纳入居住建筑的规划与设计中，同步设计、同步施工、同步验收交付使用。

3.1.6太阳能热水器的设计应进行技术经济比较，充分考虑用户使用、施工安装和维护的要求，符合节地、节能、节水、节材、安全卫生、环境保护等有关规定。

3.1.7太阳能热水器宜与使用辅助能源的水加热设备联合使用，共同构成带互补热源的太阳能热水系统。

3.1.8太阳能热水器是热源系统和热水供应系统的有机综合，其中的热水供应系统应符合现行国家标准《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）中的有关规定。

3.2规划设计

3.2.1居住建筑规划应考虑家用太阳能热水器与建筑一体化设计。

3.2.2建筑物的主要朝向宜朝南布置。

3.2.3建筑物周围的环境景观与绿化种植应避免对投射到太阳能集热器上的阳光造成遮挡。

3.3建筑设计

3.3.1太阳能热水器与建筑的一体化设计，应贯穿从方案设计到施工图设计的全过程。

3.3.2建筑设计应合理确定太阳能热水器在建筑中的位置，应与建筑整体有机结合，共同构成建筑元素，满足建筑造型、建筑使用功能和建筑防护功能等要求。

3.3.3布置在建筑外部位置上的太阳能热水器及其它系统部件应与周围环境相协调，不应对周围环境产生视觉污染和降低相邻建筑的日照标准。

3.3.4太阳能热水器应与建筑有可靠的连接，保证集热器安全、稳固，不应影响该建筑部位的承载能力和防护、排水、防雷等功能。

3.3.5太阳能热水器的安装部位应避免建筑自身及周围设施的遮挡，并满足集热器日照累计时数在冬至日不少于4小时的要求。

3.3.6建筑设计应满足太阳能热水器的安装和维修的安全要求，并设置日常维护检修的公共通道，避免公共管道和非本户管道维修入户。

3.3.7在安装太阳能集热器的建筑部位，应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护措施。

3.3.8太阳能集热器不应跨越建筑的变形缝设置。

3.3.9建筑设计应考虑太阳能热水器安装面积，并应具有相应的防水、排水措施。

3.3.10合理布置户内管线走向，管线布置应集中、整齐。

垂直集中管线应设置管道井，管道井应预留检修门或检修口。

3.3.11设置太阳能热水器的平屋面应符合下列要求：

1.太阳能热水器支架应与屋面预埋件固定牢固，并应在地脚螺栓周围作防水密封处理；

2.在屋面防水层上安装太阳能热水器时，防水层应上包到支座上表面，并在基座下部加铺附加防水层；

3.太阳能热水器不得直接安装在屋面保温层上；

4.太阳能热水器周围的检修通道以及从屋面出入口到太阳能热水器之间的人行通道应铺设刚性保护层；

5.管线穿过屋面时，应预埋相应的防水套管，不得在已做好的防水保温屋面上打洞凿孔。

3.3.12设置太阳能集热器的坡屋面应符合下列要求：

1.屋面坡度宜根据太阳能热水器接收阳光的最佳倾角即当地纬度±0~10°来确定坡屋面的坡度。

当采用春分或秋分所在月的日平均辐照量作为计算依据时，宜使太阳能热水器安装倾角略大于当地纬度，以提高冬季的集热效果；

2.坡屋面上的太阳能热水器宜采用顺坡架空安装或顺坡镶嵌安装；

3.太阳能热水器在坡屋面上安装时，应合理布置集管线，并应与屋面造型相协调，穿过屋面的管线应预埋防水套管，防水套管宜顺坡穿过斜屋面，并应在屋面防水施工前埋设完毕。

3.4结构设计

3.4.1结构荷载计算应包括太阳能热水器在内的全部荷重。

3.4.2结构设计应为太阳能热水器安装埋设预埋件或其他连接件。

连接件与主体结构的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值。

3.4.3轻质填充墙不应作为太阳能热水器的支承结构。

3.4.4太阳能热水器结构设计应计算下列作用效应：

1.非抗震设计时，应计算重力荷载和风荷载效应；

2.抗震设计时，应计算重力荷载、风荷载和地震作用效应。

3.5管路设计

3.5.1太阳能热水器中的热水管道应按《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）中的有关条款执行，应符合热媒流体的压力及材质要求。

3.5.2太阳能热水器的管道设计时应有可靠的防冻、防超温、超压措施。

3.5.3管线的设计应尽量短捷，减小热损。

3.5.4选择太阳能热水器时，应对管路系统的热损耗量和控制系统的简便性、可靠性、系统投资总额以及技术经济性能进行综合比较后确定。

3.5.5太阳能热水器的冷水进水管上应有可靠的防止倒流措施。

3.6运行控制设计

3.6.1太阳能热水器可采用机械控制操作方式，也可采用全自动控制操作方式。

3.6.2辅助加热设备应根据储热水箱的温度及热水供水温度之间设定的温差，按用户需要实行分时、定温自动控制。

3.6.3太阳能热水器的控制仪应具备如下智能化管理功能：

1.控制电磁阀启闭，实现自动上水，水满自停；

2.显示储热水箱的热水温度，并反馈信息；

3.显示储热水箱的水位；

4.对辅助加热设备按设定程序进行启、停控制，并显示反馈信息；

3.7电气及防雷设计

3.7.1电气设计应满足太阳能热水器用电负荷和运行安装要求。

3.7.2应设专用供电回路，回路有漏电保护措施，保护动作电流值不得超过30mA。

3.7.3电辅助加热的供电回路应有计量装置，PE线有可靠接地。

3.7.4系统电气控制线路应穿管暗敷，或在管道井中敷设。

3.7.5如太阳能热水系统不处于建筑物上避雷系统的保护中，应按照国家现行标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94·2000版）的要求增设避雷设施。

四、家用太阳能热水器施工与安装规范

4.1一般规定

4.1.1太阳能热水器的安装应符合设计要求，安装前应具备下列条件：

1）设计文件齐备；

2）施工组织设计及施工方案已经批准；

3）施工场地符合施工组织设计要求；

4）现场水、电、场地、道路等条件能满足正常施工需要；

5）预留基座、孔洞、预埋件和设施符合设计图纸，并已验收合格；

6）既有建筑经结构复核或法定检测机构同意安装太阳能热水器的鉴定文件。

4.1.2太阳能热水器与建筑一体化的施工和安装应由专业队伍或经过培训并考核合格的人员完成。

太阳能热水器的安装应符合具体设计要求和现行国家标准《太阳能系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713的相关要求，应专门编制施工组织设计，并应包括与主体结构施工、设备安装、装饰装修的协调配合方案及安全措施等内容。

施工过程工程变更和设计修改应有原设计单位出具的通知单。

4.1.3太阳能热水器产品应符合现行国家及行业相关产品标准的要求。

进场安装的太阳能热水器产品、配件、材料及其性能、色彩等应符合设计要求，且有产品合格证。

太阳能热水器在安装过程中，产品和物件的存放、搬运、吊装不应碰撞和损坏；半成品应妥善保护。

4.1.4太阳能热水器安装不应损坏建筑物的结构；不应影响建筑物的使用功能；不应破坏屋面防水层和建筑物的附属设施。

并应对已完成土建工程的部位采取保护措施。

4.2基座

4.2.1在屋面结构层上现场施工的基座应与建筑主体结构连接牢固。

4.2.2平面屋顶的基座的表面要平整，基础标高应在同一水平标高度上，高度允许误差±20mm，分角中心距误差±2mm。

4.2.3在屋面结构层上现场施工的基座完工后，基座节点应注意防水处理，做好附加防水层，并应符合现行国家标准《屋面工程质量验收规范》GB50207的要求。

4.2.4预埋件应在主体结构施工时埋入，预埋件的位置应准确。

4.2.5钢基座及混凝土基座顶面的预埋件在太阳能热水器安装前应涂防腐涂料或采取防腐措施，并妥善保护。

4.2.6基座完工，做好屋面的防水保温后，不应再在屋面上凿孔打洞。

4.3支架

4.3.1太阳能热水器的支架及其材料应符合设计要求。

钢结构支架的焊接应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的要求。

4.3.2支架应按设计要求安装在主体结构上，位置准确，与主体结构固定牢靠。

4.3.3所有钢结构支架材料放置时，在不影响其承载力的情况下，应选择有利于排水的方式放置。

当由于结构或其它原因造成不易排水时，应采取合理的排水防水措施，确保排水通畅。

4.3.4根据现场条件，支架应采取抗风措施。

4.3.5支承太阳能热水系统的钢结构支架和金属管路系统应与建筑物防雷接地系统可靠连接。

4.3.6钢结构支架焊接完毕，应做防腐处理。

防腐施工应符合现行国家标准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB50212和《建筑防腐蚀工程质量检验评定标准》GB50224的要求。

4.4太阳能热水器

4.4.1太阳能热水器安装倾角和定位应符合设计要求，安装倾角误差为±3°。

太阳能热水器应与建筑主体结构或太阳能热水器支架牢靠固定，防止滑脱。

4.4.2太阳能热水器之间的连接应按照设计规定的连接方式连接，且密封可靠，无泄漏，无扭曲变形。

4.4.3嵌入屋面设置的太阳能热水器与四周屋面应做好防水措施。

4.4.4太阳能热水器之间的连接件，应便于拆卸和更换。

4.4.5太阳能热水器连接完毕，应进行检漏试验，检漏试验应符合设计要求与本规范第5.9节的规定。

4.4.6太阳能热水器之间连接管的保温应在检漏试验合格后进行。

保温材料及其厚度应符合现行国家标准《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB50185的要求。

4.5管路

4.5.1太阳能热水器的管路安装应符合现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242的相关要求。

4.5.2为减少循环水头损失，应尽量缩短上、下循环管道的长度和减少弯头数量，应采用大于4倍曲率半径、内壁光滑的弯头和顺流三通。

4.5.3为防止气阻和滞流，循环管路（包括上下集管）安装应不小于0.01的坡度，以便于排气。

管路最高点应设通气管或自动排气阀。

4.5.4电磁阀应水平安装，阀前应加装细网过滤器，阀后应加装调压作用明显的截止阀。

4.5.5电磁阀、阀门的安装方向应正确，并应便于更换。

4.5.6承压管路和设备应做水压试验；非承压管路和设备应做灌水试验。

4.5.7管路保温应在水压试验合格后进行，保温应符合现行国家标准《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB50185的要求。

4.6电气与自动控制系统

4.