长沙民革委太阳热水工程设计方案.docx

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长沙民革委太阳热水工程设计方案

太阳能热水

系统工程

方案设计及报价

设计：

王孟奇

校对：

陈进波付超群徐兰艳

审批：

李小明

设计单位:

湖南长沙市月儿太阳能科技有限公司

品牌名称：

制作日期：

二〇一二年十二月九日

基本情况分析-------------------------------------------------------3

设计要求-------------------------------------------------------------3

设计依据-------------------------------------------------------------3

工程方案设计-------------------------------------------------------6

系统工作原理及运行方式-----------------------------------------9

系统功能及特点----------------------------------------------------10

施工方案-------------------------------------------------------------11

部件产品选型-----------------------------------------------------16

工程质量---------------------------------------------------------------23

一、基本情况分析

该单位拟安装日产洗浴热水6吨的太阳能热水工程，从而达到节约能源，降低费用之目的。

二、设计要求

1.系统产水量：

系统设计春、秋晴好天气日产65℃以上洗浴热水6吨。

2.晴好天气以太阳能为主，阴雨天气或阳光不足时，利用电辅助加热。

3.洗浴方式：

全天候24小时供水。

三．设计依据

㈠.设计规范引用标准

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

2.GB/T4272-1992《设备及管道保温技术通则》

3.GB/T6424-1997《太阳能集热器技术条件》

4.GB/T93-86《工业自动化仪表工程及验收规范》

5.《建筑给排水工程规范》（暖通空调规范）

6.《给水排水工程施工手册》

㈡.自然条件

长沙市位于湖南省东部偏北,湘江下游和长浏盆地西缘。

属亚热带季风性湿润气候，其特征是：

气候温和，降水充沛，雨热同期，四季分明。

长沙夏、冬季长，春、秋季短，夏季约118-127天，冬季117-122天，春季61-64天，秋季59-69天。

春温变化大，夏初雨水多，伏秋高温久，冬季严寒少。

全年日照时数为1400～2200小时，辐射量在419～502x104kJ/cm2·a

月

1．根据国家气象中心提供的全国各地日均及年总辐射数据（单位MJ/m2），湖南站2011年水平面太阳总辐射月平均日辐照量数值如下：

2011年9月份水平面太阳总辐射日辐照量数值如下：

日期

辐照量

19.79

17.73

8.26

16.82

20.2

21.34

9.89

9.41

14.71

19.21

日期

辐照量

23.27

19.05

14.18

16.22

12.14

17.62

0.61

11.58

1.34

2.84

日期

辐照量

0.81

9.64

12.32

14.68

19.86

11.37

16.96

15.42

3.07

19.55

在此工程中我们选用上年九月份较好天气日辐照量19.86MJ/m2为依据进行热量计算。

2.冷水计算温度：

（摘自：

《民用建筑太阳热水系统工程技术手册》）

㈢.太阳能真空集热管（器）热性能参数：

太阳辐射吸收率≥93%，发射率≤6%，集热器效率≥53%

㈣.该单位应提供的基本条件

1.楼顶可供采光面积：

满足使用。

2.水源：

满足使用（压力不低于2.4Mpa低于2Mpa应加增压泵）。

四．工程方案

本工程决定采用集中集热——集中储热辅热式太阳能热水系统是太阳能集热器、储水箱、辅加热设备全部集成化，统一安装储热器，统一设置集中储水箱及辅助加热设备，然后将热量再分配至各用水终端的太阳能系统。

系统原理图

1.运行原理：

A、集热器温差循环

当集热器内出口水的温度T1比保温水箱内水的温度T2高10℃以上（含10℃）时，集热循环水泵P1自动启动；当二者之间的温差小于5℃时，P1停止运行（温差循环的温度可以设置）。

B、定时上水

每天可设定最多三次自动进水时间，电磁阀打开自动加水至设定水位，以利于用水高峰期到来前把储水箱加满。

C、低于最低水位上水

每当水位低于最低水位时，就自动加水到第二水位。

D、管道定温循环

到用水时段，当室内用水管道上的探测温度T3低于35℃时，电磁阀F2打开，循环泵P2启动，将管道中的冷水打入水箱；当管道温度达到40℃时，电磁阀F2关闭。

保证用户打开用水阀门很快就出热水。

E、电热带伴热功能

系统设置电伴热带，仅在系统环境温度T5低于3度启动，防止系统受冻瘫痪，可以有效解决管路冻堵、系统瘫痪问题。

F、其他功能

控制系统采用暖嘉太阳能中央热水工程专用控制柜，该控制柜另外还具有漏电保护、超温保护、防干烧保护、防空晒保护、定时运行、循环防冻等功能。

2.设计理念

A.采用整合设计原则，从项目立项到施工设计的整个过程，综合考虑用户的建筑物、使用工况、集热器规格及性能参数、系统配置及运行方式、使用和维修、节能与安全、经济效益等因素，均应符合工程系统的设计原则。

B.力求充分利用太阳能，从而达到环保节能及节约费用开支之目的。

㈢.系统设计的先进行、安全性、可靠性、耐久性等综合考虑。

㈣.较好的经济效益和社会效益，为客户在环保、节能、文明用水、洗浴档次等方面提供一套可靠的硬件设施。

3、系统设计

太阳能热水工程主要有集热器、储热保温水箱、循环管道、水温控制、电加热五部分组成。

㈠.集热器

A.热负荷：

需用热水量6000kg

Q=6000kg×（50℃-15℃）×4.187=879MJ

B.集热面积：

太阳能热水系统的产水量与太阳辐射强度和日照时间密切相关，一年四季变化很大。

因此本方案按年平均辐射进行设计。

据资料查得本地日平均太阳辐射量为17MJ/m2。

太阳能热水系统集热效率为56%，则集热面积为A=879MJ/（12MJ/m2×53%）=138.2m2。

为安装组合便利取22组，采光面积140㎡。

C.集热器选型及铺设安装：

⑴.太阳能集热器技术参数：

真空管规格：

Ф47×1500mm

每组集热器采光面积：

6.4m2。

单组真空管支数：

56支

单管额定产水量：

4.87kg/天

每组额定产水量：

273kg/天

⑵.设计选型：

根据上述技术参数，为了安装方便，系统设计总配置集热器为24组。

采光面积153m2。

利用真空管1344支，春、夏、秋三个季节晴好天气日产50℃以上热水6吨。

冬季在产水量不变的情况下，水温可达到35℃以上。

⑶.集热器安装铺放

按照用户提供的建筑物可占用面积，将太阳能集热器安装在楼顶以串3组并8组的方式东西排列，南北两排。

整个集热器所产热水直接进入储水箱备用。

D.储热水箱

储热水箱1个，内胆尺寸为：

3000㎜×2000㎜×1000㎜，水箱容量为6吨，放置在楼顶能承重的适合部位。

内胆采用进口SUS304食品级不锈钢1.5mm板材，亚弧焊接而成，外皮为0.4mm彩钢板装饰，中间60mm聚氨酯发泡保温。

㈢.辅助加热

太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，但不能解决全天候供应热水问题。

阴雨天气或光照不足时，需要相应的辅助热源才能满足热水需求。

根据客户的实际情况，确定利用电辅助加热。

采用专用辅助电加热机组，该机组电加热管采用特殊不锈钢材料制成，具有防腐抗水垢功能，寿命高于一般管1—2倍。

E.管道循环系统

1.管道管件：

采用国标PP-R联塑管。

2.管道保温：

50mm特制岩棉保温管，外缠防水布，化纤玻璃丝布，树脂胶涂刷包装；（或聚氨酯保温）。

3.电磁阀：

采用名牌产品。

4.手动阀门：

采用铜体闸阀。

F.自动控制系统

根据本工程系统功能的要求，此控制系统全部由我公司独立

设计制作完成，实现自动化智能操作，确保最佳经济运行，水温水位、进水出水、循环系统、辅助加热等工作状态显示，直观可见，操作人员一目了然，管理使用十分方便。

系统安装控制柜1台，电加热驱动柜1台，同时具备手动强制启停功能，维修更方便，功能更齐全。

五、系统工作原理及运行方式

㈠.工作原理：

本系统采用定温进水、温差循环的运行方式，晴好天气充分利用太阳能，阴雨天气或光照不足时，使用辅助加热。

㈡.运行方式

1.定温进水：

当集热器温度达到设定温度值50℃时，上水电磁阀自动开启，将集热器中的热水顶进储热水箱，集热器温度低于设定温度时，电磁阀自动关闭，停止上水。

系统吸收太阳热量储存于集热器内的水中，使温度继续升高，然后再开启，再关闭。

通过这样一个不断重复的过程，把太阳的能量转化为热能，直到把储热水箱的水加满。

2.温差循环：

储水箱水满后，只要有阳光辐射，集热器的水温必然继续升高，当集热器的水温高于水箱底部温度8℃时，循环泵启动，系统开始循环，水箱继续增温，直到两个水箱的水温接近时，循环泵停止工作。

这样即可保证太阳能得到最充分的利用。

3.辅助加热：

1.自动监测水温：

阴雨天气或光照不足水箱水温低于设定值

65℃时，控制系统自动打开辅助热源，水温达到设定温度时，辅助热源自动关闭。

2.自动监测水位：

当洗浴人数较多，用水量过大，水箱水位降到20%时，进水电磁阀自动打开，向水箱注入自来水水，同时启动辅助热源，温度升到设定温度时自动关闭，从而保证及时供应热水。

六、系统功能及特点

㈠.高效节能，成本低廉

最大效率的利用太阳能量可节约能源75%以上，运行成本大大降低，智能化控制还可以节省人员开支，所以日常运行费用很低。

㈡.安全可靠，没有危险

太阳能没有常规能源所存在的易燃易爆、中毒、断路、触电等危险，因此是最安全最可靠的热水系统。

㈢.绿色环保，没有污染

采用了太阳能洁净绿色能源，避免了矿物燃料对环境的污染。

因此，系统在制热水的过程中没有粉尘悬浮微粒的污染，也没有废渣、废水物的产生，更没有硫化物、氮化物、一氧化碳和二氧化碳的排放，符合国家环保政策，利国利民，为用户提供了一个干净、舒适的生活空间。

㈣.控制先进，智能运行

系统采用了先进的智能化控制技术，实行自动控制，最佳经济运行，可设置全天候供应热水，使用非常方便。

㈤.整个集热系统安全可靠，使用寿命长，在正常情况下，使用寿命可达到15年以上。

七、施工方案

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,摆放面向正南方或偏西10度，安装斜角不大于36度。

管道的坡向和坡度根据系统设计要求进行安装，DN32以上管

道用法兰连接，DN32以下管道用活节或焊接连接，管道支撑有足够的强度，支撑点最大安装距离不超过3米。

管道保温工艺及材料厚度均按设计要求规范操作。

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

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

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+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

太阳能系统经常发生的故障主要包括：

①真空管炸管漏水（可选）；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。

8．部件产品选型

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：

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

0.46

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.公司建成了国内首套排气台计算机远程自动监控系统，真正实现了产品质量计算机自动控制，该系统可以在线监测每支集热管的真空度，保证排气台上的每支集热管的真空度≤3×10-3Pa。

8.公司引进世界先进的集热管真空测量设备，模拟太阳光做集热管抗老化性试验，总结出一套先进的集热管真空排气技术，提高了集热管的保温效果和使用寿命。

9.公司通过ISO9000：

2000国际质量体系认证。

建立了完整的质量保证体系，加强对原材料、半成品和成品的过程检验工作，对关键工序的操作实行“工号”对应管理，保证产品质量的可追溯性。

并参照集热管的国家标准，制定了高于国家标准的企业标准，严把出厂检验关，保证用户使用的每支集热管都是优质产品。

3、系统水泵

国内知名品牌

4、控制系统

控制系统为太阳能系统的大脑，控制系统的优劣决定着整个系统的先进与落后，我公司的控制系统具有如下特点：

1.控制程序将温度、水位、时间、流量等参数巧妙融合，实现充分、优先利用太阳能，将太阳能与辅助加热完美结合，最大限度的减少辅助加热燃料的消耗；

2.全自动控制，无需专人管理，保证控制系统稳定、可靠、控制灵敏、抗干扰能力强；设有应急手动措施，保证系统在应急状态下能正常运行。

5、阀门

所有阀门均选用玉环阀门,以确保质量及售后.

7、连接管线

选用天津利达钢管厂生产的国标热镀锌管，采用日本OMRONPLC采用全自动控制的钢管镀锌生产线，可以生产涵盖公称口径DN15-150,长为5.5-7.35cm规格的热镀锌钢管，结合欧洲先进的前处理工艺，使热镀锌钢管的镀层更加均匀，外观更加平滑美观。

10、防冻电伴热带

选用芜湖市科阳电热材料有限责任公司生产的太阳能工程专用防冻电伴热带.

优点：

1.伴热管线温度均匀，不会过热，安全可靠；

2.节约电能；

3.间歇操作时，升温起动快速；

4.安装及运行费用低；

5.安装维护简便；

6.便于自动化管理；

7.无环境污染；

太阳能热水器专用系列电热带，芯部分采用纳米导电材料与高分子聚合物复合而成，均匀挤包在两根平行金属导线上，通过辐照交联，具有在寒冷环境中升温迅速，起动电流小，根据热水器管路温度的高低自动调节输出功率的大小，长度可自由裁截，无高温过热现象、便于安装、维护方便等各种优点，是有效防止太阳能热水器管路冻堵的首选产品。

技术参数:

品名

型号

功率

W/m·10℃

最高

维持温度℃

最高

承受温度℃

最低

安装温度℃

最大

使用长度m

太

阳

能

专

用

DBR-a

10,15,25,35

65±5

-20

DBR-A

10,15,25,35

65±5

-20

DBR-B

10,15,25,35

65±5

-20

DBR-C

10,15,25,35

65±5

-20

DBR-D

10,15,25,35

65±5

-40

11、辅助热源

辅助加热采空气源热泵、电加热备用保障热水供应。

12、管材管件：

a.管材的内外壁光滑平整、无气泡、无裂口、无明显的痕纹和凹陷。

b.管材的端面平整并垂直于轴线。

c.管材没有异向弯曲，垂直度的公差小于0.3%。

d.管材完整无缺损，浇口溢边平整，内外表面平滑，无明显痕纹。

e.管材和管件的物理、力学性能指标符合有关规定。

阀门：

采用的阀门均耐腐蚀和耐压。

根据管径大小和所承受压力的等级及使用温度，采用铅含量低于国家标准2.2%以下的铜件，

f.调节流量、水压时采用调节阀、截止阀；

g.水流阻力小的部位，采用闸阀；

h.水流空间小的场所，采用蝶阀、球阀；

i.水流需双向流动的管段上，不使用截止阀；

j.贮水箱的冷水供水管、机械循环的第二循环回水管上设置止回阀；

k.品牌采用塘阀；

密封件：

采用优质硅橡胶材料压制成形；

防冻液：

采用丙二醇水溶液，浓度为40%，溶液凝固点-23℃，密度为1072kg/m³，比热3.334kj/kg.K；

13、其它材料

均采用国内或国际知名牌，确保外购材料质量及售后服务。

九．主要施工方法

（一）．集热器

1.集热器支架的地基墩的标高，由现场工程师根据施工太阳能平面布置图进行确定，现场放线后，所有地基墩按放线位置统一标高。

地基墩应安放平稳、不破坏楼面防水层。

与建筑物屋顶直接连接的，要确保连接的牢固可靠

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