集中分户太阳能热水系统方案.doc

集中集热分户储热太阳能热水系统技术方案工程分公司工程技术部2010年10月08日Shandong linuo paradigma co.,ltd 2010 all rights reserved - 27 -目 录1. 工程概况112. 太阳能热水系统的选择确定133. 设计依据及相关参数114. 太阳能热水系统产品配置145. 工程各部件及性能指标196. 太阳能工程效益分析217. 类似工程案例23一 项目概况上海临港新城宜浩家园由上海临港新城投资建设有限公司投资建设，是为了配合南汇区政府迁至临港新城而建设的配套商品房。项目位于上海重点建设的三大新城之一的临港新城之内，基地用地规划性质为居住用地，规划允许建筑性质为住宅及配套公建。本项目由上海现代建筑设计（集团）有限公司完成本项目初步设计，利用基地的优越的自然环境，创造出一个清新活泼的都市生活环境，使得本居住区成为集多层、小高层、配套公建和商业于一体的现代化的大型生态居住区。项目规划用地55万平方米，总建筑面积约62万平方米。其中多层住宅(4层)195栋，小高层住宅(12层)16栋，另含配套商建及地下车库。鉴于当前常规能源日益紧张，环境问题益突出，甲方拟利用国家鼓励和扶持使用的，清洁、环保和可再生的太阳能资源，为该住宅园区内全部住户提供生活热水。这既是贯彻执行党和国家努力建设节约型和谐社会的要求，努力实施可持续发展战略的具体措施，也符合建筑给水排水设计规范GB 500152003第5.2.2条“热水供应的热源宜首先利用工业余热、废热、地热和太阳能”的规定。二 太阳能热水系统的形式力诺瑞特太阳能多年致力于对住宅建筑太阳能热水系统的深入研究、实践，设计了并承建了多种类型的住宅建筑太阳能热水系统，通过总结优化形成了成熟的太阳能热水系统方案系列，供不同建筑形式及用户要求选择使用。针对贵方楼盘的建筑结构形式,并征询贵方及设计院意见,我们向贵方推荐设计了集中集热分户储热太阳能热水系统的系统模式。集中集热-分户贮热太阳能热水系统是将集热器在建筑屋面集中放置，每户配 置一套相对独立的贮热水箱，贮热水箱内置换热装置和电辅助加热装置，系统循环装置、控制装置、定压设备集中放置在设备间或楼顶。太阳能集热器通过收集太阳辐射能，并将太阳辐射能转化为热能贮存在热媒中，系统循环装置 通过特定循环方式将热媒输送至每户贮热水箱，通过贮热水箱中的换热装置将热能传递给每户贮热水箱中的生活热水，换热之后的低温热媒流向集热器继续加热，通过往复间断循环将每户贮热水箱中的生活热水加热供用户使用。当太阳光照不足时，或贮热水箱中的水未达到设定温度时，用户可以使用贮热水箱内置的电辅助加热装置加热贮热水箱中的生活热水，满足用户24小时使用的需求。1、系统优点介绍 系统集热器集中放置，有利于建筑一体化设计； 集热器楼顶放置，采光效果好，太阳能利用率高，不受楼间距影响； 系统集热器集中使用，实现集热器资源共享，降低运行费用； 系统集中收集太阳能并转化为热量免费供用户使用； 住宅建筑入住率较低时，不影响用户使用太阳能热水系统； 贮热水箱分户放置、分户控制满足用户不同用水习惯的要求； 贮热水箱分户设置，避免了水、电的分户计量，便于后期物业管理、维护； 智能、科学、稳定的控制方式保证系统能量最大利用 2、系统核心技术 系统防止热量倒流措施：防止太阳能贮热水箱中能量流回集热器或循环管道 系统能量分配均匀措施：保证系统内部各用户获得的热量均衡 系统防过热措施：防止系统用热量较小时系统过热，保证系统运行安全 分户水箱防过热措施：保证用户的用水安全 系统防止热量损失措施：防止用户电辅助加热能量流入太阳能集热系统 能量最大化利用的措施：保证系统充分、合理利用太阳能3、集中集热分户储热太阳能热水系统的形式根据本项目具体情况，本系统采用集中集热分户储热双循环太阳能热水系统。三 设计依据及相关参数1、设计依据全玻璃真空管太阳能集热管GB/T17049-1997真空管太阳集热管GB/T17581-1998太阳能集热器热性能室内试验方法GB/T18974-2003家用太阳能热水系统热性能试验方法GB/T-18708-2002家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范NY/T651-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T18713-2002钢结构设计规范GB50017-2003建筑物防雷设计规范GB50057-94.2000版建筑给排水设计规范GB50015-2003建筑结构荷载规范GB50009-2001工业自动化仪表工程施工及验收规范GB50093-2002设备及管道保温技术通则GB4272-922、地理位置上海位于北纬3114，东经12129，地处长江三角洲的前缘，属于三类太阳能辐照区。3、气象资料上海属亚热带海洋性季风气候。主要气候特征是：春天温暖，夏天炎热，秋天凉爽，冬天阴冷，全年雨量适中，季节分配比较均匀。全市平均气温为12.9。年内7月份最高，平均26.4，1月份最低，平均为-2.6。4、 太阳辐照量：上海市太阳能热水系统设计用太阳辐照量相关数据见下表。Ta:月平均室外气温,Ht:水平面太阳总辐射月平均日辐照量,MJ/(m2d)Hd:水平面太阳散射辐射月平均日辐照量，MJ/(m2d)Hb：水平面太阳直射辐射月平均日辐照量，MJ/(m2d)H：倾角等于当地纬度倾斜表面上的太阳总辐射月平均日辐照量，MJ/(m2d)Ho：大气层上界面上太阳总辐射月平均日辐照量，MJ/(m2d)；Sm：月日照小时数；Kt：大气晴朗指数。5、热水定额按照民用建筑工程设计技术措施规定局部热水供应系统和以热力管网水做热媒的热水供应系统，配水点最低水温为50。热水定额为每人每日50L。6、冷水计算温度上海地区冷水计算温度（摘自：民用建筑太阳热水系统工程技术手册）根据上表，上海地区冷水的计算温度为15。7、水质要求生活热水的水质应符合生活饮用水卫生标准GB5749的各项指标要求。四 太阳能热水系统产品配置1. 集热器的确定1) 直接式系统集热器总面积计算公式如下：Ac-直接式系统集热器总面积，m； Qw-日平均用热水量，L； C -水的定压比热容，4.18KJ/(kg)； r-水的密度，1kg/L；tend-贮热水箱内水的终止设计温度，50； ti-水的初始设计温度，15； JT春秋季当地集热器总面积上日太阳辐照量，18760KJ/(md) ； f-太阳能保证率，无量纲，根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，一般在0.301.00范围内,按照1.00计算； cd-集热器年平均集热效率，无量纲，全玻璃真空管集热器取值为0.57；L-管路及贮热水箱热损失率，无量纲；根据经验取值0.200.30；U形管集热器和无机超导热管集热器取下限值，全玻璃真空管集热器取上限值； 2) 间接式系统太阳集热器面积的确定： 间接式系统太阳能集热器面积为直接式系统集热器面积1.10；按照每户100L储热水箱配置，按照上述公式进行计算，每户集热器总面积为：2.26。3) 集热器形式的确定力诺瑞特工程型横排管集热器型号：LPC47-1650，该集热器配有50支直径47mm，长度1600mm的全玻璃真空集热管，单台集热器总面积6。全玻璃真空集热管分布联集箱两侧，横向水平放置，结构非常紧凑，便于安装，同时运行相当可靠，集热效率较高。集热器特点：集热器安装倾角较低，可以实现南北方向多组串联，适合南北方向空间较大的建筑。力诺瑞特工程型竖排管集热器 型号：LPC58-2130，该集热器配有30支直径58mm，长度2100mm的全玻璃真空集热器管，单台集热器总面积6.4。全玻璃真空集热管在联集箱单侧竖向放置，结构非常紧凑，便于安装，结构形式有利于集热器内部介质微循环，集热效率较高。 集热器特点：集热器可以实现东西方向多组串联，适合东西方向空间较大的建筑。通过本项目建筑结构形式的特点和太阳能集热器的特点，最终选择力诺瑞特工程型竖管集热器，型号：LPC47-1650,数量：32组。集热器通过集热器组合型钢支架在房顶进行安装，集热单元通过集热器4串8并的形式组合。相关安装结构见设计图纸。2. 分户储热水箱分户储热水箱采用搪瓷内胆承压水箱，水箱内置换热盘管和电辅助加热装置，储热水箱采用顶水式供应热水。根据贵方提供的户型结构形式和用水要求等相关资料，结合该项目具体的情况，我们为每户设计了100升的卧式储热水箱，挂装在卫生间承重墙上。 该水箱可以优先通过水箱底部的换热盘管接受太阳能的热量，在阴雨天气太阳能不足时，或用户用水量突然增加而不能满足时，可以通过用户底部的点辅助加热提供热水，满足用户的使用需求。储热水箱周围预留冷热水接口，管径DN15,自来水水压0.1MPa，自来水水压0.35MPa。储热水箱周围预留16A防溅型三孔电源插座。储热水箱安装平面图 储热水箱安装侧面图 储热水箱结构图3. 系统循环水泵1）系统循环流量的确定 集热系统循环流量按照太阳能集热器面积计算，即0.010-0.015L/(ms)； 换热系统循环流量按照贮热水箱容量计算，即0.025L/（100Ls）； 2）循环水泵扬程的计算 开式系统 Hp=hf+hd+hm+hs （公式-2） 闭式系统 Hp=hf+hd+hm （公式-3） 式中hf、hd- 水系统总的沿程阻力和局部阻力损失，KPa； hm - 设备阻力损失，KPa； hs - 开式水系统的静水压力，KPa。3）循环水泵选型循环水泵选择通过综合考虑热媒温度、系统的运行压力、循环水泵的流量、扬程、吸程、功率等因素。选用德国威乐热水循环泵，型号PH-251E。水泵参数为：型号电源输出功率（w）全扬程（m）最大排水量（t/h）管径（mm）重量（kg）PH-251E220V/50HZ2507.513.865204. 缓冲水箱的确定为了保证系统的运行稳定，保证系统在热力、水力方面的和谐，我们在楼内循环管道和楼顶集热器之间，我们设计了缓冲水箱。缓冲水箱的容量通过理论计算和经验总结，最终选取了500L缓冲水箱，安装在楼梯间外侧楼顶设备基础之上。缓冲水箱在设计中我们科学合理地进行了调整，保证了缓冲水箱使用安全和充分发挥了它在系统中的热力、水力方面的作用。缓冲水箱周围预留自来水接口，水压0.1MPa，管径不小于DN15.5. 系统控制原理系统控制原理：1. 集热/换热循环 每日太阳辐射达到一定强度时，集热器温度T1开始上升，当集热器温度达到控制器的设定温度，集热器循环水泵开始启动，集热器内的高温热水均匀的输送到每个换热盘管，通过换热盘管将热量传递给每个储热水箱。2. 辅助热源 我们在储热水箱上安装了电加热管，如果阴雨天气没有太阳能时，用户可以象使用电热水器一样使用储热水箱。储热水箱的控制器可以设定加热时间和加热温度，设定加热时间可以设定加热的启动时间和停止时间，有效地节约能源。3. 热水供水 该系统的热水供水同电热水器的使用完全一样，自来水接入水箱底部，用水时只要打开阀门，冷水就会自动将储热水箱的热水顶出，并且保证和冷水一样的压力，便于混水。4. 防冻 在集热管道、换热管道、自来水管道上，我们设置了合理的防冻控制装置，并通过控制采用了智能的控制模式，在探测点温度低于2时启动防冻模式，达到4时停止。五 工程各部件及性能指标1.集热器介绍：1.1 真空集热管材质：采用透光度高、硬度高、膨胀率低的高硼硅3.3玻璃。生产技术: 引进国际太阳能行业著名品牌德国PARADIDMA公司的先进的三靶镀膜技术,制造的AZURRO太阳能真空集热管。结构：采用双层真空结构，减少了因对流、辐射、传导带来的热量损失。产品工艺特点：应用离子水清洗工艺，使管壁与吸收层结合更彻底更牢固，颜色为地中海蓝色，膜色均匀，在使用中20年不褪色，大大提高了集热管的寿命。金属反射层采用特殊材料，采用三耙镀膜（铝耙、铜耙、不锈钢耙）工艺生产，经德国镀膜专家检测吸收率比普通集热管提高了3%，集热效率达到了欧美发达国家先进水平。采用全自动控制系统，自动控制镀膜工艺和真空度检测。采用进口OptosolAlpametre在线检测系统严格确保每只集热管的保温性能和使用效果。环封技术和退火系统，彻底杜绝使用中环封口碎裂的发生。集热元件性能：名称性能参数国家标准吸收涂层的太阳吸收率0.940.86（AM1.5）半球发射率0.060.09（805）闷晒性能参数H2.639MJ/m2H3.8MJ/ m2空晒性能参数Y415.51 m2/KWY175 m2/KW平均热损系数ULT0.53W/ m2ULT0.90W/ m21.2 集热单元产品特点：集热管：采用力诺集团生产的力诺瑞特专用AZURRO全玻璃真空太阳集热管，采用先进的德国镀膜技术生产。内胆：采用进口0.6mmSUS304-2B食品级不锈钢，经过高频压力焊与全自动氩弧焊接而成，不仅水质纯净，而且具有较长的使用寿命； 外皮：采用0.5mm不锈钢，美观、防腐性能强；保温层：采用45mm进口聚氨酯高压发泡设备整体发泡而成，保温效果超群。密封：采用耐高温、抗老化、无毒无味的优质硅胶密封 尾托：1.2mm不锈钢尾托，PBT尾架。支架：为了确保该系统的安全稳固，充分发挥其良好的集热性能利用4#国标热镀锌角钢，角钢按房顶角度、一定方向进行整体焊接，并对其做防腐处理。集热单元参数表集热单元型号LPC47-1650集热单元类型横排集热单元几何尺寸东西长*南北宽=3270mm*1900mm集热管类型471600mm集热管数量50支集热管间距70mm集热器总面积6.0 m2单元总容水量87L集热单元荷量150Kg对地倾角5-10度1.3 联集箱材料介绍：内胆：采用进口1.2mmSUS304-2B食品级不锈钢，经过高频压力焊与全自动氩弧焊接而成，不仅水质纯净，而且具有较长的使用寿命； 外皮：采用0.5mmSUS304-BA，经过板金加工而成，防腐性能强；保温层：采用45mm进口聚氨酯高压发泡设备整体发泡而成，保温效果超群。密封：采用耐高温、抗老化、无毒无味的优质硅胶密封。2.储热水箱介绍储热水箱材料说明：箱体：采用不不锈钢板，焊接拼装而成。保温：采用50mm聚氨酯保温，保温无漏洞、保温效果超群。外皮：采用0.5mm彩钢板或镀铝锌板铆接而成，外观美观、寿命长。保温材料性能说明 参 数性 能测试标准单位测试说明测试结果备注密度GB6343-86Kg/m335.82压缩强度GB8813-88Kpa172.5导热系数GB10295-88W/Mk热板温度25冷板温度 5平均温度150.0193尺寸稳定性GB8811-88% 方向条件LWT平均值L：长度W: 宽度T: 厚度-20，24h60.30100，24h0.630.460.690.60闭孔率GB10799-89%体积膨胀法2395.103控制系统针对本项目太阳能控制系统安装在水箱间内，便于施工；显示、操作系统安装在管理室内，便于操作、查看、管理；接线简单可靠性能高、便于维护。部件序号关键组件选 材控制柜1电气元件【正泰】电器2电缆【绿灯行】电缆控制仪部分3控制器主板【双面环氧国际板材】4主芯片内外机采用【西门子8位高性能FLASH单片机】5电容【韩国/厦门智新】有3C、VDE、TUV认证6压敏电阻【西门子】7继电器【厦门宏发】有3C、8强电端子【台湾恩尼特克】阻燃，有VDE、TUV认证10温度传感器【日本北路、韩国新基】R0=30K、R25/50=3434K 1%11陶振【TDK】4辅助电加热介绍内置辅助电加热介绍：对于一般系统可采用储热水箱内置电加热的方式，电加热管均采用采用杭州河和制造的【英格莱不锈钢加热管】，此产品电热水器专用加热管，安全可靠、使用寿命长。太阳能集热系统专用电辅助加热装置功能介绍自动控温，电热装置在设定温度内可自动运行加热。电热装置具有防漏电功能。电热装置具有防干烧功能。电热装置具有防结垢功能。电热装置带外接控制端口。电热装置采用机械逻辑控制，故障率极低。序号部件厂家序号部件厂家1电热管江苏泰隆4继电器正泰2断路器正泰5电控箱箱体3接触器正泰6加热器壳体不锈钢5循环水泵： 循环泵采用德国威乐系列水泵，注册商标为“WILO-LG”该泵系列均为世界顶级泵，低噪音、高效率、寿命长、外形美观等特点，特别是其耐高温的特点正好能满足输送高温热媒的要求。6管路系统：太阳能集热循环管路采用标准热镀锌管道,管路均采用30MM聚乙烯管道保温；保温外层采用不小于0.2铝板防护。7太阳能支架：为了确保该系统的安全、稳固，充分发挥其良好的集热性能，利用4#镀锌角钢与水泥基础整体焊接，并对其做防腐处理。储热水箱相关参数六 太阳能工程效益分析1. 基本参数1) 国内平均电价为0.6元/千瓦