太阳能热水工程介绍（太阳能热水工程设计指导）

一、设计前的现场查勘设计前一般均应赴安装地点查勘其主要内容是确定系统将来正常运行的可能性：水源、周围建筑物的遮荫、集热器的可能安装方位、储热水箱安放地点、安装地的荷重能力等；，今天小编就来聊一聊关于太阳能热水工程介绍?接下来我们就一起去研究一下吧!

太阳能热水工程介绍

一、设计前的现场查勘

设计前一般均应赴安装地点查勘。其主要内容是确定系统将来正常运行的可能性：水源、周围建筑物的遮荫、集热器的可能安装方位、储热水箱安放地点、安装地的荷重能力等；

必要时，应进行实场测量和计算，以确定周围建筑物是否可能产生遮荫。集热器安装地的荷重能力应不低于50Kg/m2（包括集热器、管道及集热器支架的一般计算结果）

方位

安装固定式太阳能热水器朝向应正南，如受条件限制不能满足时，其偏移角不得大于15°～25°，一般在安装时以正南偏西较正南偏东为好。

倾角

对于每个月份，集热器都有最佳倾角，此倾角等于该地的地理纬度减去该月份代表日的赤纬度值。对于全年使用的，可采用当地纬度 10°作为倾角，我公司所产集热器正常情况下倾角采用30°。

二、产水量及集热面积

单位集热面积日产水量的估计，初步估算时，可以当地正太阳时十点半的天空辐射值和历年统计的实际日照时数，以及有日照时的平均气温（或上午8：00～下午4：00的有日照天的气温平均值）为基础来计算全天热量和产水量。一般实际中按每平方集热面积产水量60～90L范围选取。水温随季节和循环方式等影响一般为40～70℃。自然循环时配水量可取下限值，强制循环可取上限，但如果用户要求水温度较高时，强制循环配水量可取低一些。

单位集热面积产热量确定后，尚需确定负荷才能最后确定系统总集热面积。负荷确定应结合用户热水供应方式，卫生设备完善程度，建筑类别等参照国内有关标准和设计规范来选择，总热负荷计算结果出来后，便可由单位集热面积配水量求出所需配置太阳能集热系统的面积。

三、方案选择

A、循环方式：确定了系统总面积后，首先要结合安装地点平面状况和方位等选择太阳能系统循环方式，对于安装地宽畅，方位较正时且系统较小的，应优先考虑采用自然循环方式，对于面积较大安装地平面较复杂或作自然循环有困难时，须作强制循环。

B、循环方式确定后，要结合系统供水、用水特点和建筑承重情况，确定水箱数量和大小及安装位置，水箱须安装在承重梁柱上，并利用供水和不影响系统集热器采光，另外水箱安装高度除满足自然循环或强制循环要求外，同时应注意美观、大方并与建筑外观造型一致。

C、辅助加热类型

辅助加热常用有电辅助、燃油（气）炉辅助两种，一般小系统（多为自然循环系统）采用电辅助加热，较大系统，为经济起见，常采用燃油（气）炉作辅助加热。

辅助加热能力大小及辅助加热水箱（常为太阳能储热水箱的一个或多个）数量的选择一般应结合供水方式和建筑类别按以下原则配置：

1）每日定时定量用水系统：

此类系统多为学校、工厂集中供水系统，其供水开始时间一般为下午6：00～7：00左右，考虑太阳能日照强度在下午3：00～4：00左右已较弱，辅助加热开始时间通常也设定在下午3：00～4：00时，即辅助加热时间可按3～4时来计算，并以此及供水温度来选择加热功率。对于广州地区冷水计算温度可按20℃计，电加热热水温度50℃～60℃计，炉加热热水温度一般取60℃计，设计时还应考虑炉及电加热效率，并留有余地。

2）每日定时多时段用水

此类常见于倒班制工厂或普通旅馆、医院的用水情况，对于在日照有效时间，亦须供水时，通常情况下须利用太阳能水箱中一个或数个作辅助加热水箱；辅助加热水箱大小应能满足最大时段供水需求，但如果白天用水时段用水量较大或用水量难以确定、变化幅度较大时，也可单设一个恒温水箱，此时利用电或（炉）仅对恒温水箱作加热，炉及水箱容积大小确定时考虑技术经济方面因素，水箱储水量和辅助加热的每小时加热能力总合不小于最大小时用水量。（按相关设计手册及规范计算）。

另外，对于多时段供水时，还可将太阳能水箱分低温和高温水箱来设置，这种情况对自然循环而言可将系统分成两个或三个独立自然循环系统，各独立系统水箱以串联方式来组合，即系统水箱水是循序加热，逐渐升温，其冷水由初级系统水箱补入，热水由末级高温水箱供出，对于中午或下午较早用水时，效果较好，辅助加热对供水箱（此时作辅助水箱）进行加热，选型方法同前。

3）24小时全天候用水

这种用水方式常见在宾馆、酒店、高级公寓、医院等类建筑；系统设计时，首先应合理确定其用水量标准，用水负荷，并以此确定系统太阳能安装面积和系统的运作方式，利用太阳能热水系统作全天候用水时，除了采用上述（2）所用的恒温水箱供水方式组合外，太阳能系统还可采用定温放水与温差循环相结合方式，这种情况下，太阳能单位面积配水量可按相当于自然循环时选用，储热水箱总水量也可适当小一些，利用太阳能水箱中一个或多个做恒温水箱，此时辅助电加热或炉选型时要以系统最大小时用水量小于恒温水箱有效容积和炉每小时产水量（或电加热小时加热水量）的总和并考虑用水、热损等因素且留有余地。

D、补水方式

如上所述，太阳能系统补水可分成直接补水和间接补水，对于定时定量用水，属直接补水；对于多时段供水即多水箱系统设有辅助水箱时，非辅助水箱的太阳能水箱补水为直接补水；辅助水箱自太阳能水箱的补水则属间接补水，此直接补水指的是补充冷水。常见补水一般有下面几种情况：

1）系统太阳能设置点的冷水压力或水池低水位高度可满足水箱补水要求时，补水量一般采用副水箱稳压方式补水。

①定时定量供水系统，补水管大小选择时以能在供完水至次日晨8：00时内可将水箱全部补满为原则来确定管径大小和副水箱浮球阀等大小。常对冷水采用电磁阀定时定量控制，供水时间不补水，对控制要求不高或有专人管理的，可由人工手动操作，省去补水电磁阀；

②对自然循环系统在用水时尚须补水的系统，尤其采用电加热作辅助加热时，其补水量应小于系统所配加热的产水量，而炉辅助时，补水量也应小于炉小时产水量。对于间接补水的情况，补冷水管径及大小也须遵循上述原则，但可适当放宽。

2）对于系统附近有冷水池，但水池低水位不能满足补水压头要求，而满水位可满足补水要求时，系统可采用由水池直接为水箱补水方式，但此时水箱顶应较冷水池最高水位高出100～200mm，此时，水箱设置时应尽量靠近冷水池，以减少水头损失，提高补水效果，补水管上应装设止回阀及检修用闸阀。补水管径大小的选择还应根据系统供水情况及设置分别对待，

①定时定量供水时，须加设电磁阀，补水时间为供水后至次日晨8：00；

②多时段供水和系统太阳能储水量不足供水量或没有辅助加热水箱或恒温水箱时，补水量多少同上述（1）情况，应能保证补入水量可由辅助加热完全加热；

③对于系统要求补水量较大时，而水池在用水高峰时，难以满足补水要求时，可采用在补水管上增设旁通补压泵方式来补水，此时水泵应设水位控制。

3）系统水压不足，不能满足上述补水要求时，可采用加压水泵补水，补水管径确定方法和补水方式同前所述；

4）单独炉热水系统补水情况与上述类似，只是为了保证供水温度炉常以温直流方式工作，所以在补水时，应根据用水温度、冷水温度情况和炉产热量来确定补水管大小或选择合适的冷水泵，但需注意补水泵流程除满足补水需求外，还须保持炉出口压力不得超过0.04Mpa，炉选型及水箱大小确定须根据用水量变化及负荷情况合理配置；

5）设有辅助水箱或恒温水箱的多时段或全天候用水系统的间接补水，此间接补水是由水箱间的连通管道来完成，除其补水量须能满足系统用水量要求外，应注意循序补进，能够使各级水箱中上部热水优先补入后一级水箱，以提高太阳能利用率，并减少辅助加热能耗。通常用浮球落水取水法或顶水法两种，实际设计中应结合直接补水的冷水压力情况和用户用水量情况灵活处理，也可通过设定直接补水水位，通过变更或高置补水出口（即由前级水箱上部某合理部位出水后，由下一级水箱下部补入）。

四、太阳能阵列平面组合设计

A、自然循环太阳能设计

1、配水量及配管：每平方米集热面积60～75Kg；真空管7.5～8Kg/支；

2、阵列组合：自然循环系统靠热虹吸作用循环，集热器并联每排块数6块以下为宜，并联排数不宜超过3排。管路设计时应使上循环管尽可能最短，且减少弯头数量，小系统可设一个阵列，当系统较大时，也可两或多个阵列共用一个水箱；

3、阵列坡度：阵列及上循环管须有不小于1%的上升坡度

4、朝向及其它

5、例图

B、强制循环太阳能设计

1、阵列组合

2、阵列坡度

3、配水、配管（流速）

4、自然循环，同程式

5、朝向、间距

C、水箱定位、加固

D、辅助水箱

E、辅助加热种类与配套

1、用水方式影响

2、补水及供水控制

3、循环与控制

4、燃油供应与储备

5、电加热能力

F、室内供水

水箱安装高度，水箱底部应较最末端集热器阵列上循环管顶部高出300mm以上，以防止夜间储热水箱水的逆循环，水箱支架由型钢做成，正常情况下可选用标准支架，有特殊要求或须加强时须根据实际情况另行加工制作（须出图），图纸中须标明水箱开孔位置，孔径大小，孔用途；自然循环补水一般采用副水箱稳压（浮球阀控制）方式补水，补水副水箱大小选择时应结合系统面积和用水情况综合考虑或按标准选取。

自然循环系统出水常采用落水取水方式，出水口大小确定时应结合用水器具多少和供水方式来选择加工补芯和落水管管径，总出水能力应能满足最大时系统设计秒流量要求和不利点水头要求。

储热水箱，上下循环管均须保温，管道保温一般采用EPS泡沫管套保温，0.3铝皮外包装，管道保温外包铝皮安装的须经水搭接，辅向接口朝下，接口用ф3×5自攻螺丝固定，间距以8～10个/m为宜，水箱的保温常采用岩棉加双层泡沫板复合保温，岩棉规格1000×915×20；泡沫板1000×1830×20；总保温厚度δ=80mm；外包铝皮，用不锈钢自攻螺丝固定。计划材料用量时，如采用标准水箱，可查表，如非标准水箱时，应按保温外表面积计算，并留有5～10%余量作计划。

五、设计注意事项

1、设计人员在设计前，应充分了解客户用水量、用水时间、供水方式、卫生器具配置、冷水水源、压力及客户指定安装地点的建筑物天面结构建筑物朝向及周围建筑物或天面有无遮阳等情况，还有建筑承载能力，主要承重梁柱位置。

2、建筑物电力供应（电源位置）、安全、环保、要求和在确定有足够安装面积情况下结合原有或给排水设计进行系统平面设计；平面设计时应尽可能将水箱安放在承重梁柱上，水箱较大时应采取加固，可作钢筋砼上反梁或利用工字钢、槽钢作加强基础。

3、太阳能强制循环系统是通过温差控制循环水泵工作来实现热转换和利用，强制循环系统运行效果的好坏与系统布局有着密切关系，为了提高运行效果并不致循环泵频繁启动，在温差5～8℃时，循环泵流量可按系统60～90L/m2来计算，总循环流量为（60～90L/m2）×系统集热面积。阵列布局时一般宜采用二级串或三级串联，每级串联集热板数应相同或相近；每级阵列并列排数3～4排，每排并联的集热板组数量6～8块为宜，最多应不超过10块，管路应尽可能采用同程式，系统总损失应控制在20mH2O柱左右，不宜超过30m。每个独立强制循环系统各阵列总面积宜控制在100m2左右，单个系统太阳能热水器面积不宜超过150m2，对于150m2以上的较大系统应考虑做成几个较小的独立强制系统；

4、在实际工程中如条件允许，系统也可按类似自然循环方式进行强制循环管路及阵列设计，这样可避免系统因排气不畅或气阻对循环效果的影响，同时在停电时，系统仍可以自然循环方式工作。但在阵列布局时，应注意每组并联集热器数量不宜超过8块，以6块左右为宜，并联阵列排数不宜超过3排。

5、在太阳能系统中，水箱容积大小由系统产水量确定，单位集热面积配水量一般70～90公斤/m2，水箱数量及大小的确定要结合系统楼天面结构承载情况综合考虑，单个水箱不宜过大，以6m3左右为宜。

6、独立太阳能系统是指具有单独上下循环管的太阳能热水集热器阵列或阵列组合。对自然循环系统，下循环管指的是自水箱底部到集热器下循环入口之间的管道，上循环管是由集热器阵列上端出口与储热水箱上部循环出口（也即入口水箱）之间的管道。强制循环系统中，在储热水箱下部接出的下循环管上安装有温差循环泵，循环管出水管与第一级阵列集热器下循环口相连，当系统有二或多个阵列串联组成时，其一级阵列集热器出口与二级阵列集热器下入口或上一级出口或下一级入口之间由连通管相连（连通管高点设排气阀），系统最末级集热器阵列出口（上端）与储热水箱上部，水箱距水箱顶（300～500）之间管道为上循环管。

7、水箱开孔，水箱上一般开孔包括：补水口、上、（下）循环口、出水口、溢流口、通气孔、人孔等；其中补水口、下循环口、出水口一般均开在水箱底部，上循环口开在水箱上部距顶（300～500）高度处，水箱一般均做成筒形立式；

8、自然循环系统，水箱底高出集热器阵列末端上循环口300～500m，具体水箱支架设计，须结合阵列末端支架高度确定；

9、强制循环系统，水箱支架高度一般400～600mm，由水箱直接供水时，应核算其不利点压头是否能满足使用要求，如不足时，可结合实际情况适当放大供水主干管管径或适当增加支架高度，对供水压力要求较严时，须考虑增设水泵加压，水箱支架高度不宜太高。

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