太阳能热水系统设计分析.ppt

太阳能热水器培训资料,珠海兴业新能源科技有限公司ChinaSingyesSolarTechnologiesHoldingLimited,2010年5月,内容总体介绍,五、太阳能热水系统设计知识,六、太阳能热水器的安装施工,七、太阳能热水系统的节能效益分析方法,第五章太阳能热水系统设计知识,5.1系统设计5.2系统设计分析5.2.1需热水量的计算5.2.2水箱容积的选择5.2.3集热面积的确定5.2.4集热器的连接方式5.2.5空气源热泵的选择5.2.6系统水泵的选型5.2.7系统管路保温5.2.8电磁阀的选择5.2.9热水系统系统防雷设计,5.1系统设计,以平板式太阳能集热强制循环系统为例,整个电控制系统组成：水箱缺水保护、水箱满水保护、太阳能循环泵控制、辅助加热控制系统、自动进水控制、出热水控制,系统工作及控制原理,1、定温上水：当集热器出水口水温T1达到设定值时，F1供水电磁阀打开，系统自动将热水压入集热水箱1中，当T1降至低于设定值5C时，F1关闭，系统进入集热状态，定温上水功能可使系统一天中尽可能早地使用太阳能产生热水。2、温差循环：当集热器不断产生热水使集热水箱达到最高水位h1后，F1不再开启，系统自动比较集热器出水口水温T1与集热水箱中水温T2，当T1高于T2达到设定温差5C时，集热循环泵自动开启进行温差循环，当T1与T2温差小于1C时，循环泵S2停止运行。3、快速补水：如果用水量较大集热器产水量不能满足要求，集热水箱水位不断下降至最低警戒水位h3时，供水电磁阀F1打开，系统快速补水，避免系统断水，当水箱水位上升至水位h2时，供水电磁阀F1关闭，系统再次进行定温上水过程。若在规定时间内水箱的水量没有达到满水水位时，快速补水至规定最高水位，满水保护断开电磁阀停止补水。,系统工作及控制原理,4、自动辅助加热：当水由集热水箱供给用户水温较高，水箱温度高于用户用水设定值时，热水用集热水箱流经电加热器供给各用户，空气源热泵不工作；当低温或连续阴雨天气情况下，水箱水温低系统设定热水温度时，在设定启动辅助加热时段内，空气源热泵系统自动启动进行加热至系统设置温度时，停止加热。5、集热水箱间温差循环：集热水箱间循环泵，集热水箱1中水温T2与集热水箱2中水温T4温差大于5C时，循环泵S3自动启动，进行温差循环，当两水箱间温差低于1C时，停止循环。6、自动控制：系统设集中控制器，对以上所述各种工作过程进行检测和控制，各温度设定值可根据不同使用要求和季节变换进行现场调整，系统运行参数均可显示。,5.2系统设计分析,5.2.1需热水量的计算,整个系统最多用水量：V=qr.n式中：qr热水用水量定额，Ln用水人数例：某建筑200人用水，每个人的用水量定额为50L/人，则总需热水量为10吨。,5.2系统设计分析,5.2.2水箱容积的选择,因为热水总用水量已经确定，为保证用户有足够热水用，保温水箱总容积应至少等于求得需要热水量。除些之外，如果水箱过大，可以按合适的比例分成两个水箱。此外还要考虑施工场地的限制，根据现场空间来选择水箱的选择问题。这样可以充分利用空间，节约投入成本，方便安装与维护，也能更快的产生热水供用户使用。如，热水需求量为10吨，则可以选择两个容积为5m3的保温水箱。水箱的材质现在多选为：内胆304/2B不锈钢，中间50mm厚聚氨脂发泡，外表包不锈钢或铝，保温效果好。其中外包不锈钢比包铝效果好。,5.2系统设计分析,5.2.3集热面积的确定,式中，Ac直接系统集热器采光面积，m2；Qw日用水量，kg；Cw水的比热容，kJ/（kgC）；tend储水箱内水的终止温度，C；ti水的初始温度，C；JT当地春分或秋分所在月集热器受热面上日均辐照，kJ/m2；太阳能保证率，无因次；集热器全日集热效率，国标经验值0.450.6；L管路及储水箱热损失率，无量纲，国标经验值取0.2-0.25。,5.2系统设计分析,5.2.4集热器的连接方式,工程中使用的太阳集热器数量一般很多，一般若干集热器先连接一个集热器组，集热器组之间再通过一定的方式连接成一个集热器系统。如何连接太阳集热器对太阳能集热系统的防冻排空，水力平衡和减少阻力都起着重要作用。一般来说，集热器连接成集热器组的方式有三种：串联，并联和串并联，串并联也称之混联。对于自然循环的太阳能热水系统，集热器不能串联，否则因循环流动阻力大，系统难以循环，只能采用并联方式，且每个集热器组集热器数目不宜超过16个或总面积不宜超过32。对于非自然循环系统，集热器可采用串并联或并联方式连接，但一般情况下，推荐使用并联的方式连接，采用串并联连接时，串联的集热器也不宜超过三个。,5.2系统设计分析,5.2系统设计分析,5.2系统设计分析,5.2.5空气源热泵的选择,组成空气源热泵的四个主要部件：冷凝器、蒸发器、压缩机、节流机构（膨胀阀）。其制热的原理为：利用沸点很低的冷媒（一般为R22），在由上述四个主要部件组成的系统中不断循环，通过冷媒的重复相变来从实现的。其在蒸发器内蒸发吸收空气中的热量；经压缩机压缩成高压高温气体；然后在冷凝器内冷凝放热，将热量传给水；冷凝后的液体流经节流机构变成低温低压气体，再回到蒸发器。这样重复进行此过程，不断的吸收大气中的热量，不断传递热量给水箱中的水。其是消耗少量的电能，获得热量。热泵选择除看品牌外，还要看几个参数：功率、制热量、产热水量制热量要大于整个建筑一天用热水的热水从基础温度升至设定温需要的热量。最大产热水量要大于总需要热水量，且所产热水的温度范围也要满足用户要求。,5.2系统设计分析,例：一建筑现需要热水量为20吨，产出20吨热水需要的热量为2.508x106kJ。现选择空气源热泵如下：根据产热水的要求，热泵选型：长菱CL-H-120K（10匹）2台额定制热量：36kw/h额定产水量：780L/h额定总制热量：Q=36x2x14=1008kwh=3.628x106kJ2.508x106kJ额定总产热水量：V=780 x2x14=21840L20000L其中按每天热泵工作14h验证。此工作时间须在其允许的工作时间范围内。,5.2系统设计分析,5.2.6系统水泵的选型,水泵是系统中的主要升压设备。选择水泵应以节能为原则，使水泵在系统中大部分时间保持高效运行。选用离心式恒速水泵即可保持高效运行。热水系统中一般采用离心式水泵，它具有结构简单、体积小、效率高、流量和扬程在一定范围内可以调整等优点。,太阳能热水系统中选择水泵时遵循的原则：1在太阳能热水系统中，所选水泵要满足扬程和流量要求的条件，此外应选择功率较小的泵。2在强迫循环系统中，水温50C时宜选用耐热泵。3泵与传热工质应有很的相容性。水泵的流量、扬程应根据给水系统所需的流量、压力确定。由流量、扬程查水泵性能即可确定其型号。,5.2系统设计分析,5.2.7系统管路保温,目的：暴露在大气中的热水管道，存在大量的散热损失，为了节约能量，减少系统的热损失，必须对管道进行保温,材料：热水系统管路保温一般选用EPS聚苯乙烯泡沫塑料定型套管外包铝此种材料以聚苯乙烯为主要原料，经发泡剂发泡而成的一种内部有数密封微孔的材料。在选用不同的保温材料的时候，应该做到既满足系统的使用要求，又尽可能地节约材料，降低成本。,5.2系统设计分析,5.2.8电磁阀的选择,电磁阀选型首先应该依次遵循安全性、可靠性、适用性、经济性四大原则，其次是根据六个方面的现场工况（即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式、特殊要求）进行选择。选型依据:1）根据管道参数选择电磁阀的通径规格（即DN）、接口方式2）根据流体参数选择电磁阀的材质、温度组3）根据压力参数选择电磁阀的原理和结构品种4）电气选择,5.2系统设计分析,5.2.9热水系统系统防雷设计,防雷措施：避雷针高度应按照其要保护范围来确定。避雷针固定与焊接要竖直、牢固，焊接处采取先刷防腐漆二道，然后刷银粉漆处理。太阳能热水器支架、水箱等金属部件必须有可靠的金属连接，并且每台（每组）热水器有两处与大楼顶部的避雷带进行可靠焊接，避雷针与避雷带进行可靠焊接。圆钢与圆钢的焊接要采用双边焊，焊接长度大于圆钢直径的6倍，扁钢与扁钢的焊接要采用全边焊，焊接长度大于扁钢宽度的2倍，焊接处采取先刷防腐漆二道，然后刷银粉漆处理。,第六章太阳能热水器的安装施工,6.1太阳能平板集热系统工程主要工作内容,6.2主要施工流程,6.3公司已完成的工程项目,6.1太阳能平板集热系统工程主要工作内容,太阳能平板集热系统的施工工法，是目前我国太阳能平板集热系统的最成熟施工方法，由于在太阳能集热系统结构中，结构简单，易于操作，质量、安全有保证等特点，特别适合太阳能平板集热系统的施工。主要结构形式：太阳能板块阵列，中央控制系统，水循环系统，用户系统,6.2主要施工流程,场地选择按场地现场测出处太阳角和方位铺筑太阳能热水器支架安装太阳能热水器接循环水管-安装水循环系统的主水箱安装控制系统检查水路检查水温做最后的保温装置竣工,6.3公司已完成的工程项目,广州番禺,广州颐和,第七章太阳能热水系统的节能效益分析方法,7.1太阳能热水系统的年节能量预评估,7.3太阳能热水系统增加投资回收期的预评估,7.2太阳能热水系统的节能费用评估,7.4太阳能热水系统环保效益的评估,7.1太阳能热水系统的年节能量预评估,1）直接系统的年节能量：Qsave=AcJT(1-c）cd式中：Qsave-太阳能热水系统的节能量，MJ；Ac-直接系统的太阳能集热器面积，m2；JT-太阳能集热器的年平均极热效率；c-管路和水箱的热损失。,2）间接系统的年节能量：Qsave=AinJT(1-c）cd式中：Ain-间接系统的太阳能集热器面积，m2,7.2太阳能热水系统的节能费用评估,1）简单的年节能费用-用于静态回收期计算：Wj=CcQsave式中：Wj-太阳能热水系统的简单年节能费用，元；Cc-系统设计当年的常规能源热价，元/MJ；Qsave-太阳能热水系统的年节能量，MJ。,2）寿命内的总节省费用-用于动态回收期的计算：SAV=PI(QsaveCc-AdDJ)-Ad式中：SAV-系统寿命期内总节省费用，元；PI-折现系数；CC-系统评估当年的常规能源热价，元/MJ；Ad-太阳热水系统总投资，元；DJ-每年用于与太阳能热水系统有关的维修费用占总增投资的百分率，一般取1%。,7.2太阳能热水系统的节能费用评估,11+enPI=-1-（-）(de)d-e1+e,式中：d-年市场折现率，可取银行贷款利率；e-年燃料价格上涨率；n-经济分析年限，此处为系统寿命从系统开始运行算起，集热系统寿命一般为10-15年。,nPI=-（d=e)1+d,CC=CC（qEff)式中:CC-系统评估当年的常规能源价格，元/kgQ-常规能源的热值，MJ/kgqEff-常规能源水加热装置的效率，%,7.3太阳能热水系统增加投资回收期的预评估,投资的回收期有两种算法：一种是静态回收期计算法；一种是动态的回收期的算法。两种算法的差别在于静态回收期没有考虑资金折现系数的影响，计算简便；动态回收年限考虑了折现系数的影响，更加准确。,1）静态回收期的计算方法：静态回收期计算不考虑银行贷款利率、常规能源上涨等影响因素，常用于概念设计阶段，可以迅速了解太阳能集热系统增加投资的大概回收期。静态投资回收期可用下列公式计算：YtWZ/Wj式中:Yt-太阳能热水系统的简单投资回收期；WZ-太阳能热水系统与常规热水系统相比增加的初投资；Wj-太阳能热水系统的简单年节能费用。,7.3太阳能热水系统增加投资回收期的预评估,2）动态回收期计算法：当太阳能热水系统运行n年后节省的总资金与系统的增加初投资相等时，式（8-9）成立，即SAV0。则此时的总累积年份n定义为系统的动态回收期Ne。,ln1-PI(d-e)Ne-（de)Ln(1+e/1+d),Ne=PI(1+