太阳能热水系统安装设计基础.docx

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太阳能热水系统安装设计基础

第二单元太阳能热水系统安装设计基础

教学目标

1.掌握太阳能热水系统各种部件（集热器、储水箱、变频器、各种备件和附件）的选购要求，为具体安装做好准备。

2.掌握基础的制作和集热器结构支架、热水器的连续、系统管路、太阳能热水系统的保温、电气与控制系统、油漆的施工，以及屋面防水处理工艺要求的施工过程、施工方法、注意事项。

3.了解系统的调试项目及标准，以及系统的验收标准。

4.熟悉太阳能热水系统的整体施工设计过程。

5.掌握住宅建筑太阳能热水系统的种类，各类住宅建筑太阳能热水系统的优缺点、结构特点，了解与设计有关的因素。

太阳能热水系统的施工不是仅指在建筑上的施工问题，也不是指预留管道的问题，还与给排水、电气等有密切联系。

如何使用太阳能热水系统与建筑的结合更完美，如何使太阳能热水系统使用效率最高，如何对太阳能热水系统的维修保养更合理，是需要在设计和施工中进一步深化和优化的。

课题一施工的准备工作

知识要点

1.集热器等各种组件的选购标准

2.不同类型集热器等各种组件的性能

在太阳能热水系统中，不同种类的各种组件的性能有很大的区别，你知道在施工的准备过程中如何进行不同种类的组件的选择吗？

一、集热器的选购

1.有反射板的真空管集热器的瞬时效率截距η0α应不小于0.50。

2.无反射板的真空管集热器的瞬时效率截距η0α应不小于0.60。

3.真空集热器总热损系数u应不大于2.5W/（㎡·K）。

4.平板集热器的瞬时效率截距η0α应不小于0.68。

应不大于6.0W/（㎡·K）。

5.平板集热器的总热损系数u应不大于6.0W/（㎡·K）。

二、储水箱的选购

储水箱应因地、因时、因需进行选择。

所用材料应确保储水箱的使用寿命及水质的要求，在满足性能和容水量的前提下尽可能减少表面积和进出水连接管的数量。

家用太阳能热水系统储水箱的优选规格见表2-1。

表2-1家用太阳能热水系统储水箱的优选规格

容水量

100

130

150

200

300

400

500

600

适用人数（人）

家用太阳能热水系统储水箱一般分为大、中、小3种类型。

小型储水箱为50～100L，中型储水箱为100～200L，大型储水箱为200L以上。

大型热水工程储水箱一般为非标准加工。

三、系统备、附件的选购

（一）控制系统

为了控制系统的温度、温差、水位、时间、频率、辅助加热等参数，系统在施工前应选购可靠的电脑控制系统。

图2-1所示是两种不同的控制器。

（a）NS-LOGO电脑控制器（b）NS-PT普通控制器

图2-1控制器

（二）传感器

传感器有温度传感器、压力传感器和液位传感器，其技术参数均包括传感器的参数范围和精度。

图2-2所示是温度传感器和压力/液位传感器（变送器）。

（a）温度传感器（b）压力/液位传感器

（三）水泵

常用的水泵分为管道泵、自吸泵和屏蔽泵，如图2-3所示，其技术参数见表2-2。

表2-2水泵的技术参数

型号

流量（㎡/h）

扬程（m）

功率（kW）

电压（V）

特点

管道泵

40SGR5-8

0.25

220

结构紧凑，体积小，运输、安装方便，规格型号齐全，可选择性大

40SGR6-20

0.75

220/380

40SGR9-30

1.5

380

50SGR10-15

0.75

220/380

自吸泵

20WZ-10

20WG-10

1.2

0.26

220

扬程高，吸程大，安方便，具有电机自动热保护功能

25WZ-15

25WG-15

1.2

0.45

屏蔽泵

20PLBR12-5

0.75

0.1

噪声低，体积小，重量轻

20PLBR30-10

1.8

0.28

UPS25-60

0.35～3.5

1.0～5.0

0.1

UPS25-80

1.0～7.5

0.24

UPS32-80

1.0～10.0

2.0～7.5

0.25

（a）管道泵（b）自吸泵（c）屏蔽泵

图2-3常用的水泵

四、变频器

太阳能热水系统在运行过程中，为了使水泵等电器能正常运行，往往要设置变频器，如图2-4所示。

图2-4变频器

五、各种备、附件

为便于在设计和施工过程中采购到合格的产品，现将太阳能热水系统常用的备、附件用图2-5和表2-3加以说明，供参考选用。

（a）电磁阀（b）不锈钢波纹管（c）电热管（d）自限温电热带（e）板式换热器

（f）IC卡智能预付费系统（g）安全阀（h）排气阀（i）压力表（j）膨胀罐

图2-5系统常用的备、附件

品名

型号

连接方式

公称直径（mm）

电源（V）

消耗功率（W）

介质温度（℃）

电磁阀

热水/蒸汽

螺纹

20/40

交流220

≤50

（-5～+120）≤200

DNIS

DN20

DN25

不锈钢波纹管长度（mm）

≥300

60，≥300

80，≥300

品名

规格（功率）

电压（V）

结构形式

接线端子中心距

长度（mm）

紧固件

电

热

管

2kW

220

M型

240

M22

4kW

420

6kW

380

M型/U型

400/80

270/1050

9kW

350/1400

12kW

440/1750

15kW

540/2200

品名

型号

功率（10℃）（W/m）

工作电压（V）

最高温度（℃）

最高耐温（℃）

最低耐温（℃）

自限温电热带

低温窄型

DX2W

220

65±5

105

-40

低温通用型

DXW2

15,25,35

220

70±5

105

-40

品名

型号

热面积

接管口径

连接方式

板式换热器

BR0.02

0.3～1.9

DN20

螺纹

BR0.05

1～6

DN40

螺纹/法兰

品名

IC卡类型

防水功能

工作温度

开关次数

保密功能

IC卡智能预付费系统

非接触型射频卡

100%防水

-5～+65℃

10万次

一卡一密

品名

名称

阀体材料

口径

设定压力（kg/cm2）

耐温（℃）

安全阀

膜片式安全阀

黄铜

G1/2″，3/4″

2.5/3/4/5/6/7/8

110

品名

名称

阀体

浮球

耐压（kgf）

最高水温（℃）

接管口径（外螺纹）

排气阀

自动排气阀

黄铜

聚丙烯

120℃

1/8″，3/8″，1/2″

品名

量程（MPa）

表盘直径（mm）

精度等级

接管口径

压力表

0.6，1.0

100，60

0.05MC

G1/2

品名

型号

容量

最大工作压力（bar）

预充压力（bar）

直径（mm）

高度（mm）

接管

包装尺寸（mm）

膨

胀

罐

ER5

1.5

204

225

G3/4

210×210×250

ER8

1.5

204

300

G3/4

210×210×320

ER12

1.5

270

300

G3/4

280×280×310

ER18

1.5

270

410

G3/4

280×280×450

ER24

1.5

320

355

G3/4

330×330×375

表2-3备、附件参数

注：

1″=25.4mm，1kg/cm2=98.1kPa；1kgf=9.81N；1bar=0.1MPa。

阅读材料：

专家聚首探讨太阳能建筑一体化问题

2009年1月20日上午，住房和城乡建设部副部长仇保兴、中国科学院院士何祚庥及中国物理研究所陈应天教授等专家领导齐聚一堂，共同探讨太阳能建筑一体化问题。

仇保兴副部长在认真听取了各位与会专家的意见和建议后，对太阳能建筑一体化工作明确其提出4点要求：

1.由建设部科技发展促进中心负责落实建设部内太阳能建筑一体化试点工作；

2.在西藏城市及农村开展太阳能建筑一体化示范项目，并纳入“可再生能源应用”有关课题研究。

3.由建设部建筑节能与科技司负责落实加快太阳能在城市中的应用，对农村电网进行改造，

4.充分利用可再生能源，解决农村供电问题

如何选择真空管

家用太阳能热水器的关键部件是真空管，选购时应仔细观察真空管内玻璃管上的涂层。

质量好的真空管涂层颜色均匀，膜层无划痕、无起皮或脱落现象，玻璃上也没结石或节瘤现象，支撑内玻璃管的支撑件放置端正、无松动。

同时，还应注意真空管两端的中心距应在70mm左右为宜。

观看外表做工是否精细，结构是否紧凑，板芯是否暗黑色（以全紫铜板芯为佳），真空管是否呈深蓝色或黑色，尾部镜面是否如同镜子，如果答案是肯定的，则表示目测合格。

此外，还要观察有没有买配件组装的痕迹，确认这一点并不难，看看主要组件是否有该品牌的标识就行了。

如果是承压式的太阳能热水器，还须检查安全阀、进气阀等是否齐全，是否优质。

然后，检查产品有无可长期不消失的编号，有无生产标准，当然不可忽略检查产品说明书及保修凭证。

另外，还要看有无各级科学技术委员会颁发的高新技术企业证书（获省级高新技术企业称号的厂家，占国内太阳能热水器厂家比例仅为1%），有无ISO国际质量标准认证书（只有规范管理的企业，才会以顾客为中心进行全面质量管理），具备上述证书的企业应该是可以相信的。

课题二基础的制作

知识要点：

1.基础施工

2.脚柱基础施工

3.水箱钢支架基础施工

在多风雨的地区，你知道如何将不同种类的太阳能热水系统牢固地固定在住宅上吗？

这里所述的基础是指集热器布列支架下的混凝土基础、储水箱的钢支架混凝土基础以及储水箱砖混凝土结构基础，它们在太阳能热水装置施工中最先遇到，是以后施工的最基础、最重要的布局基础。

一、集热器布列支架下的基础施工

集热器布列支架下的基础施工，在预制基础就位前或在混凝土基础浇筑前，定位高、放定位轴线是施工中最为重要的环节，一定要严格遵守工程平面图的定位轴线尺寸要求，严格控制，务必准确。

浇筑混凝土时，应用固定架将柱脚支座板或锚栓安设在定位轴线规定的位置上，锚栓要罩上或用毛毡等物将螺纹部位保护好，以防受损。

助教基础可根据柱脚类型和施工条件选择以下施工方法：

1.将柱脚基础支撑面一次浇筑至标高位置后，不再进行浇灌水泥砂浆，如图2-6所示。

2.将柱脚基础混凝土浇筑到比设计标高低40～60mm的位置，然后用混凝土找平至设计标高。

找平工作应采取措施，保证细石面层与基础混凝土紧密结合，如图2-7所示。

3.预先按设计标高安置好柱脚支架支座板，并在钢板下浇灌细石混凝土至标高，如图2-8所示。

4.将柱脚支座板下的混凝土浇筑到比设计标高低40～60mm的位置，然后用细石混凝土找平至标高，找平工作按照图2-7所示的要求，如图2-9所示。

集热器布列支架下基础的验收，应检查其支承压面、埋设计的尺寸和位置与设计尺寸和位置是否相符合，其偏差不得超过表2-4规定的数值，其支架基础如图2-10所示。

预制基础下垫细石混凝土至设计标高尺寸后抹平裙边，如图2-11所示。

表2-4支承面与埋设件的允许偏差

偏差名称

允许偏差值

偏差名称

允许偏差值

以标高要求尺寸（图2-6、图2-8）

高度

±2mm

锚栓位置偏差

支座范围以内

±5mm

倾斜度

1/1000

支座范围以外

±10mm

以标高要求尺寸（图2-7、图2-9）

高度

±1.5mm

锚栓伸出支承面得长度偏差

+20mm

倾斜度

1/1500

锚栓螺纹长度偏差

只允许加长

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混凝土养护

对已浇筑完毕的混凝土，应加以覆盖和胶水，并根据混凝土施工及验收规范进行自然养护。

1.应在浇筑完毕的12h以内对混凝土加以覆盖和浇水。

2.混凝土浇水养护的时间，对于普通硅酸盐水泥不得少于7年，对掺用缓凝型外加剂的不得少于14天。

3.浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态。

4.混凝土的养护用水应与搬制用水相同。

注：

当日平气温低于5℃时，应加以覆盖保温。

二、储水箱钢支架下混凝土基础和砖混结构基础施工

（一）储水箱钢支架基础施工

储水箱钢支架下混凝土基础的施工方法和验收要求同集热器布列支架下的基础施工要求。

（二）卧式储水箱砖混基础施工

卧式储水箱砖混基础如图2-12所示，砖为15号，砂浆为20号。

对卧式储水箱的砖混结构基础的砖砌，采用“满顶满条法”，就是条砖上下对齐（俗称十字缝）或条砖上下层错开半砖（俗称骑马缝）的砌砖法（图2-13），要求储水箱的包角大于120℃，这样子的砌法整体性强，能承受较大压强。

砌完后，外抹水泥砂浆。

阅读材料：

冬季混凝土施工注意事项

冬季施工是我混凝土工程应预先做好冬季施工组织计划和准备工作，对各项材料和设施应提前采取防雪、防冻等措施。

冬季施工期间，采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配置的混凝土在抗压强度达到设计强度的40%且不得低于5MPa时，不得受冻。

冬季施工时，应制定防火、防冻、防煤气中毒等安全措施。

浇注混凝时掺用引气剂、引气性减少剂等外加剂，以提高混凝土的抗冻性。

扮制混凝土的各项材料的温度应满足混凝土拌时，骨料不得带有冰雪和冻结团块，严格控制混凝土的配合比和坍落度；投料前应先用热水冲洗搅拌机，投料顺序：

先骨料和水搅拌，在加水泥搅拌时间应较常温延长时间50%。

混凝土拌和物的出机温度不低于10℃，入模温度不得低于5℃。

模板的拆除应符合下列条件：

根据与结构条件养护的试件试验，证明混凝土已达到要求的空冻强度及拆除。

当混凝土与外界气温相差大于20℃时，拆除模板后的混凝土应加以覆盖，使其缓慢冷却。

掺用防冻剂的混凝土养护应符合系列条件：

负温下严禁浇水，外露表面必须覆盖养护；养护温度不得低于防冻剂规定的温度，当达不到规定的温度且混凝土强度小于3.5MPa，应采取加热保温措施；当拆模后混凝土的表面温度与环境温度差大于15℃时，混凝土应表面应覆盖保温养护。

灌注桩冬季施工主要保证在灌注时不冻结，能顺利灌注，一般情况下不需要养护，只有在桩头路出水面或地面且在冰冻范围之内时才进行桩头混凝土覆盖保温养护。

灌注桩混凝土不准掺防冻剂、抗冻剂。

课题三集热器的结构支架的安装

知识要点

1.材料矫正

2.电焊要求

3.钢结构安装

集热器支架是钢材制造而成的，你知道如何将这些刚才拼接成支架吗？

具体施工中又有什么注意事项？

一个合格支架应符合什么标准？

钢结构的制造与安装，必须严格依据钢结构施工图（集热器布列支架图和储水箱支架图和储水箱支架图）进行。

使用的金属材料应符合《普通碳素钢钢号和一般技术条件》GB700-84和《桥梁建筑用热轧碳素钢技术条件》GB714-84，采用的钢号为3号、2号、1号。

一、材料的矫正

太阳能热水装置的主结构绝大部分是角钢、槽钢和钢板构成的，在进行现场是施工前，这些材料不一定都符合2-5中的规定，因此在放样、号料和拼装之前需要将这些不符合施工要求的材料加以矫正。

表2-5钢材矫正后的允许偏差

序号

偏差名称

示意图（mm）

允许偏差值（mm）

矫正后的钢材表面上不应有凹陷及其他损伤，并应符合有关规定。

对受力构件中的零件，在冷矫正和冷弯曲时，其曲率半径不宜过小，以免钢材丧失塑料性或出现裂纹。

曲率半径和弯曲失高若设计中没有规定，可参照表2-6的允许值。

表2-6冷矫正和冷弯曲的最小曲率半径和最大弯曲失高的允许值

序号

钢材类别

示意图

对于轴线

矫正

弯曲

注：

r-曲率半径；f-弯曲失高；L-弯曲弦长。

二、拼装

拼装是将已矫正、下好的料进行组合。

这项工序要求对焊接部位先进行清理，清除铁锈、飞刺、污物。

有些承载构件在焊接前的拼装中，应严格按表2-7的规定执行。

拼装过程中，应保证构件的实际尺寸符合设计要求，不得超过表2-8的规定。

表2-7焊接前拼装的允许偏差

序号

连接类型

偏差名称

允许偏差值（mm）

表2-8钢构件允许偏差值

偏差名称（m）

偏差值（mm）

图例

三、电焊

（一）电焊要求

在太阳能热水装置的制造过程中电焊焊接工作量最大，也是技术要求最高的工序。

如果焊接达不到设计要求，将使以后的工作难以进行，即使补救也会造成较大的经济损失。

因此，尽管从整体结构的制造中对操作技术含量要求并不高，但对关键部位的焊接和拼装焊接，应由技术较好的焊工操作，以确保工程质量。

对于其他不太重要的焊接部位，由经考试合格特征的焊工在有经验的焊接人员指导下进行。

（二）电焊中常见的问题

焊接中容易出现的问题和原因分析：

1.未焊透。

焊接速度过快，电流过小，焊条熔点低，焊接表面有赃物。

2.咬肉。

电流过大，电弧拉得太长，焊条摆动方法不对。

3.气孔。

焊接速度过快，焊条摆动不稳，焊接表面有油脂、氧化铁或锈皮。

电流过大、焊条潮湿还会出现气孔。

4.夹渣（气搁渣）。

电焊残渣末未清除，溶化金属年度大，焊条药皮密度大，焊条摆动方法不对。

5.裂纹。

热力集中，冷却过快，焊缝有磷、硫杂质，焊条牌号不对。

6.表面残缺。

焊缝尺寸不符合要求，宽度、高度不一致，焊缝不直，有熔化金属飞溅物或焊瘤。

对焊缝的质量要求虽不是完全按《钢结构工程及验收规范》GB50205-2001执行的，但也应严格把关，防止在施工中出现上述缺陷。

阅读材料

电弧焊

电弧焊是目前应用范围最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护电弧焊等。

绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作热源，在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。

所有的电极在焊接过程中作为熔化的焊丝，称为熔化极电弧焊，诸如手弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、管状焊丝电弧焊等；所用的电极在焊接过程中作为不熔化的碳棒或钨棒，成为不熔化极电弧焊。

诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。

埋弧焊

焊接时，埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。

在电弧热的作用下，上部分焊剂熔化熔渣并与液态金属发生冶金反应。

熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反应，改善焊缝金属的成分及性能；另一方面还可以使焊缝金属缓慢冷却。

埋弧焊可以采用较大的焊接电流，与手弧焊相比，其最大的优点是焊缝质量好，焊接速度快。

因此，它特别适合于焊接大型工件的直缝和环缝，而且多数采用机械化焊接。

埋弧焊已广泛应用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。

由于熔渣可降低接头冷却速度，故某些高强度结构钢、高碳钢等也可以采用埋弧焊焊接。

钨极气体保护电弧焊

这是一种不熔化极气体保护电弧焊，是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成的焊缝的。

在焊接过程中，钨极不熔化，只起到电极的作用，同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护，还可根据需要另外添加金属。

钨极气体保护电弧焊在国际上通称为TIG焊。

由于其能很好地控制热输入，所以它是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。

这种方法几乎可以用于所有金属的连接，尤其适用于焊接铝、镁这些易形成难熔氧化物的金属以及像钛和锆这样的活泼金属。

这种焊接方法。

这种焊接方法的焊缝质量高，但与其他电弧焊相比，其焊接速度较慢。

熔化极气体保护电弧焊

这种焊接方法是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧焊来进行焊接的。

熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有氩气、氦气、CO2或这些气体的混合气体。

以氩气或氦气为保护气时，称为熔化极惰性气体保护电弧焊（在国际上简称为MIG焊）；以惰性气体与氧化性气体（O2，CO2）的混合气体为保护气时，或以CO2气体或O2+CO2混合气体为保护气体时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊（在国际上简称为MAG焊），熔化极气体保护电弧焊的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，同时也具有焊接速度较快、熔敷率高等优点。

熔化极活性气体保护电弧焊可适用于焊接大部分主要金属，包括碳钢、合金钢，熔化极惰性气体保护电弧焊适用于焊接不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金。

利用这种焊接方法还可以进行电弧电焊。

电焊伤眼怎么办？

电光性眼炎的主要症状是眼睛磨痛、流泪、怕光。

从眼睛被电弧光照射到出现症状，大约要经过2～10h。

电光性眼炎如果继发感染而造成角膜溃疡，痊愈后也会因角膜薄翳而影响视力。

电焊伤眼的急救措施如下：

1.发生了电光性眼炎后，简便的应急措施是用煮过而又冷却的人奶或鲜奶点眼，能止痛。

2.使用方法：

开始几分钟点一次，随着症状的减轻后，点人奶或牛奶的时间可适当地延长。

3.还可用毛巾浸冷水敷眼，闭目休息。

4.经过应急处理后，除了休息外，还要注意减少光的刺激，并尽量减少眼球转动和摩擦，一般经过一两天即可痊愈。

5.不要观看电焊工人操作，否则极易患电光性眼炎。

四、钢结构安装

太阳能热水装置的钢结构，是在焊接的基础上，根据施工图的技术要求进行水平或倾斜安装。

因此，钢结构的全部安装过程，为保证其结构的稳定和不变形，应有符合规范的安装（焊接）工艺。

采用综合安装方法，安装前将所有（拼接）后的构件矫正到图样要求的允差范围内，安装单跨集热器布列支架或多层集热器布列支架时（图2-14），应以第一跨基准，用于矫正其他各跨尺寸和几何造型，使太阳能热水装置整体更趋规格化和一致性。

（a）（b）

图2-14集热器布列支架

（一）集热器布列支架的安装

集热器布列支架的安装方法有两种，一种是将支架在现场拼接成桁架（图2-15），然后在基础上予以复位；另一种是以基础为第一安装点，一步步地组合成桁架。

前者的优点是整体形状好，安装起来容易达到设计要求，但需要起重设备，一般可在建筑施工的同期实施；后者的优点是不需要起重设备，但是组合施工的积累误差太大，安装后整体一致性差。

所以，对于在原有建筑物上安装或在缺少起重设备的情况下，一般是采用后一种方法进行施工的。

图2-15带倾斜的型钢

逐步组合桁架的施工，其重点是基础上第一根倾斜型钢的就位，因为第一根型钢的就位是否准确、是否符合工程要求，对后面的安装关系重大。

为此，不论是对它的线性要求还是它在定位轴线的位置，都要认真加以验证。

钢结构安装的允许偏差要求见表2-9.

表2-9钢结构安装的允许偏差

偏差名称（m）

偏差值（mm）

图例

L≤11

L＞11

相邻两柱间的顶标高差

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