太阳能热水系统课程设计计算书.docx

1、太阳能热水系统课程设计计算书太阳能应用技术课程设计计算书题 目：杭州市现代宾馆（公寓）太阳能热水系统设计 姓名： 杨超 学 院： 建筑工程学院 专业： 建筑环境与能源应用工程 班级： 建环142 学 号： 指导教师： 候景鑫 2017年12月25日1.设计参数 气象参数本工程为杭州市现代宾馆的太阳能系统设计。杭州地区纬度为北纬3014，根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表1-10，查得该地区的水平面年总辐照量为 MJ/（?a），水平面年平均日辐照量为 MJ/（?d），当地纬度倾角平面年总辐照量为 MJ/（?a），当地纬度倾角平面年平均日 辐照量 MJ/（?d）。 热水设计参数根据民用建筑节

2、水设计标准表，酒店的热水平均日用水定额取110140 L/（床?d），本设计取120 L/（床?d），热水温度按60 计。根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表116，杭州地区冷水计算温度取5 （地面水）。2.太阳集热系统设计集热器面积确定 根据我国现行标准，太阳能集热系统的热性能指标以贮热水箱容积600 L为界限。本工程贮热水箱容积大于600 L，故其集热器面积的确定为：式中：系统集热器总面积，m2； 日平均用热水量，考虑太阳能热水系统全年提供宾馆客房用热水，客房总数 为72床，则日平均用热水量为8640 L/d； c 水的定压比热容， kJ/（kg）；水的密度，1 kg/L；贮热水箱内水

3、的终止设计温度，取60 ；水的初始温度，取5 ；JT 当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，取11621kJ/m2； f 太阳能保证率，46，取； 集热器年平均集热效率， 太阳能热水工程中集热器效率一般在 间，本工程全年使用，取平均 值。 管路及贮热水箱热损失率，取。将数据代入，计算得系统集热器总面积= m2。太阳集热器的定位全年使用时，集热器的安装倾角宜与当地纬度相同，即与建筑同方位，朝向正南，倾角为3014。太阳集热器模块总数确定由太阳能集中热水系统选用与安装，选用PGT平板型太阳能集热器作为一个单元集热器。单元平板集热器的尺寸为：2000 mm1000 mm，单元集热器的集热面积为：

4、m2。根据集热器的总面积及单元集热器的集热面积，计算需要集热器的数量为141块，则总集热面积约为。太阳集热器间距为0。因此，全年运行的太阳能集热系统，集热器前、后排间不相互遮挡的最小间距的计算时刻选择春分日上午9点。式中： 太阳高度角（）； 地理纬度（），取3014； 赤纬角（），春分日为0； 太阳时角（），上午9点对应的时角为-45； 太阳方位角（）。计算得，则，太阳高度角为，太阳方位角为。所以，.38（2）以上为集热器倾角为3014的集热器侧视图，可知集热器高度为504mm，宽度为864mm式中：日照间距，m；前排遮挡物高度，女儿墙高度取 m，集热器高度为 m；计算时刻的太阳高度角；计算时

5、刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间的夹角。计算得，太阳能集热器距南墙的距离为，前后排太阳集热器的日照间距为。3.贮热水箱选型根据本建筑所需的日平均用热水量8640L/d，选择3 m2 m2 m的贮热水箱，其实际容积约为12吨。4.集热循环管路水力计算集热环路采用同程连接，各环路相同。取其中任一环路为最不利环路，即管段12345678。图41 集热循环最不利环路集热循环管路流量根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册，平板型太阳集热器的工作流量可按 L/(s?)计算，则本工程太阳能集热系统的总流量为：集热循环管网热水流速及管径的确定由太阳能集中热水系统选用与安装，太

6、阳能集热系统管网热水流速，宜按下表选用：表41 集热系统管网热水流速推荐值公称直径DN（mm）1520254050流速（m/s）根据下列公式，可计算出管段管径：式中：q集热系统循环管道内流量，m3/s；d集热循环管道直径，mm；v集热循环管网中热水流速，m/s。太阳能集热循环管路中最不利环路的管径及流速计算结果如下：表42 集热循环管路中最不利环路的管径管段编号流量（m3/s）管径（mm）流速（m/s）1 100 2 80 3 70 4 40 5 40 6 70 7 80 8 100 集热循环最不利环路管道阻力的确定 本设计集热循环管网采用镀锌钢管。（1）管道的沿程水头损失： 管道单位长度水头

7、损失可查建筑给水排水工程（第六版）附表2-1。将各数据带入，具体计算结果见下表：表43 集热循环最不利环路管道沿程损失管段编号管径（mm）流量（m3/s）管道单位长度水头损失（kPa/m）管道长度（m）沿程水头损失（kPa）1100 280 .370 440 540 670 780 8100 （2）管道的局部水头损失。考虑阀门、弯头及三通所造成的局部阻力，按沿程阻力的20%取值，则局部阻力为：（3）集热器的阻力。根据太阳能集中热水系统选用与安装，集热器单位面积流量为q= L/(s?)时，单个集热器的阻力一般为 kPa/m2。本次设计中最不利环路中共有35个单元集热器，故集热器总阻力为：=352

8、=35kPa（4）管网总阻力。最不利环路的总阻力即为沿程损失、局部损失和集热器的阻力之和，即：。集热系统循环水泵选型本工程太阳能集热系统的总流量为s，即h,此流量即为集热系统水泵的流量。扬程考虑到沿程损失、局部损失、集热器阻力，即管网的总阻力，相当于，考虑流量储备系数，则集热系统循环水泵的扬程H为。根据流量和扬程，选择2台IRG-15-80型热水循环泵，其中一台为备用，具体性能参数见下表：表44 IRG-15-80型热水循环泵性能参数型号扬程m流量m3/h功率kWIRG-65-100A75.热水供应系统管路水力计算图51 热水循环系统最不利环路热水供应系统管路流量的确定 该酒店建筑中，一个客房

9、中热水供给的卫生器有洗脸盆、浴盆或淋浴器。由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册，洗脸盆的给水当量为，额定流量为 L/s；浴盆的给水当量为，额定流量为 L/s。热水给水设计秒流量为（酒店取）：若所求值大于计算管段卫生器具额定流量累加值，按累加值计。计算结果如下：表51 热水供水管路流量管段编号浴盆数量洗脸盆数量给水当量qg（L/s）17373 25151 34545 4424263 5303045 6181827 7121218 8669 9446 10223 热水供应系统最不利环路管道阻力的确定本设计热水循环管网采用镀锌钢管。根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册，为保证各立管的循环效果，尽量

10、减少干管的水头损失，热水供水干管和回水干管均不宜变径，可按其相应的最大管径确定。根据建筑给排水设计规范GB500152010=S，洗脸盆的小时用热水量为180 L=S。并由此确定回水管的流量。管网热水流速的确定，可参照民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表419：表52 热水管道内的流速公称直径DN（mm）1520254050流速（m/s）（1）管道的沿程水头损失： 管道单位长度水头损失可查建筑给水排水工程（第六版）附表2-1。将各数据带入，具体计算结果见下表：表53 热水循环最不利环路管道沿程水头损失管段编号管径（mm）流量（L/s）管道单位长度水头损失（kPa/m）管道长度（m）沿程水头损失

11、（kPa）1100 280 380 470 570 670 750 850 950 1040 1132 1250 1350 1470 1580 1680 1780 18100 （2）管道的局部水头损失。考虑阀门、弯头及三通所造成的局部阻力，按沿程阻力的20%取值，则局部阻力为：（3）环路最不利出水点所需的最低压力。因水箱位于楼顶，水箱与最不利出水点的静水压大于最不利出水点的最低工作压力。故环路中可不计最不利出水点所需的最低压力。（4）管网总阻力。最不利环路的总阻力即为沿程损失、局部损失和集热器的阻力之和，即：热水供应系统循环水泵的选型（1）设计小时耗热量计算：式中：Qh设计小时耗热量，kJ/h

12、； m用水计算单位数，本次设计客房总床数为72床； qr热水用水定额，日均用热水量为120 L/（b?d）； c水的比热容，4187 J/（kg）；水的密度，1 kg/L；热水温度，为60 ；冷水温度，为5 ；Kh小时变化系数，由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表44，取。代入计算，得设计小时耗热量为157514 W。 （2）水泵的流量为循环流量，根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册，全天供应热水系统的循环流量可按下式计算： 式中：循环流量，L/h；配水管道系统的热损失，W，按设计小时耗热量的3%5%采用，本次计算 取5%，则热损失为7876 W；t配水管道的热水温度差，根据系统大小确定，

13、一般取510 ，取10 ；水的密度，1 kg/L；代入计算，得热水循环流量为677 L/h。故水泵流量为677 L/h，即 m3/h=min。（3）热水循环水泵扬程即为克服管道所产生的阻力 kPa，相当于 mH2O，考虑流量储备系数，则H为 mH2O。根据流量和扬程，选择2台ISG-15-80型热水循环泵，其中一台为备用，具体性能参数见下表：表54 IRG-15-80型热水循环泵性能参数型号扬程m流量m3/h功率kWIRG-15-80726.辅助热源本设计采用空气源热泵机组作为辅助热源，按照阴雨天太阳能供热量为0，计算辅助热源的设计小时供热量，其值可按下式计算： 式中：空气源热泵的设计小时供热

14、量，kJ/h； m用水计算单位数，本次设计客房总床数为72床；热水用水定额，日均用热水量为120 L/（b?d）； c水的比热容， kJ/（kg）；热水密度，1 kg/L；热水温度，为60 ； 冷水温度，为4 ；热泵机组设计工作时间，本次设计取20 h；代入计算，得到辅助热源的供热量为111421 kJ/h，即为，由此选用1台格力KFRS-36s型号的空气源热泵机组，具体性能参数见下表：表61 KFRS-36s型号的空气源热泵机组性能参数表型号制热量kW水流量m3/h额定功率kWKFRS-36s367.自动控制系统根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册，控制系统在设计时需要考虑到系统所以可能的

15、运行模式，并遵循简单可靠的原则，选择可靠的控制器和温度传感器。运行控制太阳能热水系统的控制方式主要有定温控制、温差控制、光电控制、定时器控制四种。定温控制和温差控制以温度或温差作为驱动信号来控制系统阀门的启闭和泵的启停，是最为常见的控制方式。强制循环一般采用温差控制，因此，本次设计对太阳能集热系统采用温差控制方式。在水箱与集热器回水管上分别设置温度探头T1、T2，当T2T110时，启动集热循环泵循环，T2T15时，停止集热循环泵的运行。对与用户相连的热水循环系统采用温差控制方式，在水箱与热水回水管底部分别设置温度探头T3，当T3T110时，启动热水循环泵循环，T3T15时，停止热水循环泵的运行

16、。对上水系统采用水位控制方式。当储水箱中水位达到低水位时，由液位计控制的电磁阀打开，冷水自动向储水箱中补水，水满后（即水位达到高水位时）电磁阀关闭。对水箱内辅助热源采用定温控制方式，当水箱内水温T140时，启动辅助电加热装置，加热水箱内水，当水箱内水温T160时，停止辅助电加热装置。防冻控制本工程位于杭州市，属于夏热冬冷地区，冬季温度不低于0 ，因此不需要考虑防冻问题。过热防护 过热防护一般由过热温度传感器和相关的控制器和执行器组成。水箱过热温度传感器一般可以借用温差控制中的水箱温度传感器。水箱过热温度传感器的温度设定一般在80 以内以免发生烫伤危险，集热系统过热温度传感器的温度设定高于水箱过

17、热温度传感器的温度设定。8.阻垢除垢在热水供水管上安装电子除垢仪，根据热水设计秒流量为 L/s ，即*3600/1000= T/h（吨每小时），选择CLDC-2D型号的电子除垢仪，具体性能参数见下表：表 81 CLDC-2D电子除垢仪性能参数9.参考文献 1 郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册M.北京：化学工业出版社，2005. 2 中华人民共和国国家标准.民用建筑节水设计标准（GB 50555-2010）S. 北京： 中国建筑工业出版社，2010. 3 太阳能集中热水系统选用与安装（06SS128）S. 4 建筑给水排水工程M.北京：中国建筑工业出版社，2010. 5 中华人民共和国国家标准.建筑给水排水设计规范（GB50015-2010）.北京：中国计 划出版社，2010。