太阳能工程设计方案及案例

第八章、工程案例第一节拉萨市无线电管理局太阳能采暖系统拉萨市是国内阳光最好的城市，由于当地能源缺乏，冬季大部分的房屋没有统一的采暖系统，雪域高原是目前环境污染最轻的城市之一，烧煤锅炉等污染性设备不允许再使用，随着太阳能热水器的应用技术日趋成熟，我们能否利用太阳能达到采暖效果呢为此，针对拉萨市无线电管理局的采暖项目，我们进行了一次大胆的尝试，利用太阳能产生的热水进行办公楼及住宅楼的采暖，取得了很好的效果，下面对此进行展开介绍。一、概况拉萨无线电管理局新建五层平顶办公楼，采暖面积3000M2，为地板采暖系统，居民楼2栋为3层平顶旧建筑，为暖气片对流采暖系统，采暖面积各为1000M2左右。利用太阳能为地板采暖系统提供部分热源,办公楼采暖时间为早上8001100时居民楼供暖时间为下午17002200时。拉萨地处西藏中部稍偏东南，雅鲁藏布江中上游北部及其支流拉萨河流域及西北地区，高原温带半干旱季风气候。拉萨的气候特点为辐射强，日照时间长，年日照时数在3000小时以上，有“日光城”之称；平均气温低，日温差大，6月平均气温为157，平均最高气温为229，是一年中温度最高的月份，1月平均气温为2，平均最低气温97，是一年中最低的月份，多年极端最高温度为296，极端最低气温165，分别出现在6月和1月，夏季无高温，是夏季的避暑胜地；干湿季明显，雨季降水集中，多为昼晴夜雨的天气。二、设计1、基础水温冷水计算温度根据建筑给水排水设计规范GB500152003提供的数据，冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定，在无当地水温资料时参照下表分区地区地面水温度地下水温度第一分区黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北部分，宁夏偏东部分4610第二分区北京、天津、山东全部，河北、山西、陕西的大部分，河南北部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北41015的一小部分第三分区上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部，河南南部51520第四分区广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部101520第五分区贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分71520本方案在设计时冷水计算温度取4。2、全年太阳辐照情况根据国家气象中心提供的2001年全国各地日均及年总辐射数据（单位MJ/M2），拉萨站（北纬2940，东经9108，区站号55591）水平地面太阳辐照量数据如下我们选用12月份的太阳平均日辐照量15725MJ/M2为设计依据，同纬度集热器倾斜面上的太阳辐照量经计算为25025MJ/M23、本方案设计指标经计算，该工程的设计热负荷为380000W。本方案设计安装联集管集热器160台，总采光面积为8608，在冬季13月份平均日太阳辐照量大于1752MJ/M2的条件下，每天提供热量为688688MJ。满足本项目使用面积为5000的定时采暖需求，阴雨天或甲方延长采暖时间而造成的热量不足由电锅炉和水箱电加热来辅助加热来满足。三、太阳能采暖的工作原理太阳能地板辐射采暖系统可采用图1所示的形式T1T2321图1太阳能地板辐射采暖系统月份辐照量一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均1560178719162187241425142342210921201846176415725年总732040典型的太阳能地板辐射采暖系统由太阳集热器，控制器，集热循环泵，蓄热保温水箱，辅助热源，供回水管，关断阀若干，三通阀，过滤器，循环泵，分水器，加热器组成。当T1T2时，控制器就启动水泵，水进入集热器进行加热，并将集热器的热水压入水箱，水箱上部温度高，下部温度低，下部冷水再进入集热器加热，构成一个循环。当T1T2，水泵停止工作。当T245时，锅炉启动加热，泵2启动将水箱中的水送入到锅炉中，当T245时，锅炉不必启动加热；加热后的水由泵3送入采暖管道进行采暖循环。四、系统的原理图本项目共采用四套集热循环控制系统，一套供暖及与锅炉房配接的控制系统，30立方的热水储水箱2个，保证热水有一定的储存。五、相关计算1、太阳能地板辐射采暖的设计计算（1）、设计参数的确定地板辐射采暖的表面平均温度数值如下采暖表面分类温度（）住宅地面2426很少有人停留的地面2830游泳池及浴池地面3035无人停留的地面为3540可见住宅地板辐射采暖的表面温度一般都低于30，所以就要求热媒温度为4050，就目前我国北方的太阳能集热器的利用情况来讲，热媒温度最高为50左右，所以我们设计供回水温度分别为45和30。（2）、供暖热负荷的确定供暖系统的设计热负荷可用下式表示QQ1Q2Q3QD其中，Q1为围护结构耗热量，Q2为冷风渗透耗热量，Q3为冷风侵入耗热量，QD为太阳辐射进入室内的热量。此系统是以辐射采暖为主（占60以上），辅以对流传热。据暖通规范及实际工程设计情况，一般民用建筑冬季室内设计温度取18。辐射采暖的设计温度比普通散热器采暖的设计温度低13，所以我们取为15。但这种计算方法繁琐，且需要条件多。在工程中，在仅知道建筑的总面积的情况下可采用以下采暖热指标进行计算。建筑物热指标推荐表（2003技术措施暖通空调）建筑物类型住宅办公楼医院托幼旅馆图书馆商店单层住宅食堂餐厅影剧院大礼堂体育馆热指标（W/M2）4570608065806070457565758010511514090115115160（3）计算在5小时供暖模式下的住宅单位采暖面积下的能耗量,我们选取70（W/M2）为设计采暖指标610AQHCQ式中全天模式采暖期能耗量（MJ）C建筑耗热量指标（W/M2）HA采暖面积（M2）已知70W/M2，A2000M2，计算得QCQ2520MJ。HQ（4）计算在3小时供暖模式下的办公楼采暖面积下的能耗，我们选80（W/M2）为设计采暖指标。610HCQ式中全天模式采暖期能耗量（MJ）CQ建筑耗热量指标（W/M2）HA采暖面积（M2）已知80W/M2，A3000M2，计算得QCQ2592MJ。H因此在定时供暖的条件下，办公楼和住宅楼需要的能量为252025925112MJ考虑采暖热损失为30，则设备需要提供的总热量为66456MJ。2、太阳能集热系统的计算QACJTCD1L式中Q太阳能系统每天提供的热量；MJ，AC直接系统集热器采光面积，；AC8608JT集热器受热面上日均辐照量，MJ/；这里取集热器日均斜面为25025MJCD集热器全日集热效率，取值为040。L管路及储水箱热损失率，无量纲；在此取值02；经计算得太阳能系统每天提供的热量为689328MJ689328MJ/66456MJ1037可以看出系统设计能够满足客户需求，经实际运行，效果良好，超出客户的期望值，是非常值得推广的。第二节滨州医学院烟台分校太阳能系统一、滨州医学院烟台校区简介滨州医学院是一所省属高等医学院校，1970年青岛医学院整体搬迁至山东省滨州市办学，自1974年开始独立办院，现分滨州、烟台两校区。学校目前占地93万平方米，建筑面积40余万平方米，全日制在校生1万余人，成人教育在校生11200余人。现有教职工868人，其中有专任教师450余人，专任教师中教授69人，副教授近200人另有兼职教师4000余名。拥有52个教研室、12个多功能综合实验室、11个研究所（室）和2个研究中心；编辑出版中国医院统计和滨州医学院报，向国内外公开发行。（滨州医学院烟台校区鸟瞰图）滨州医学院烟台校区坐落于烟台市莱山区观海路，烟台位于东经1193412157，北纬36163823，地处山东半岛中部，属于暖温带大陆性季风气候，具有雨水适中，空气湿润，气候温和的特点，可谓冬无严寒，夏无酷暑。全市年平均降水量为6519毫米，年平均气温118，年平均相对湿度68，年平均日照时数26984小时，太阳辐射总量年平均值52244兆焦耳/平方米，年平均风速内陆地区34米/秒，沿海地区46米/秒，全市平均无霜期210天。烟台四季分明，各具特色。二、工程需求1、用水要求本方案为学生洗浴用水工程，系统能满足每天1500人洗澡,最低出水量80吨，用水温度为45。用水形式为淋浴，用水方式为定时用水，要求室内管道循环，一开就有热水。2、场地情况楼高五层，1、2层用水，楼顶为平顶，太阳能及水箱置于屋面上（水箱为不锈钢组合水箱，不锈钢采用3042B，聚胺脂保温不小于50MM）。3、太阳辐照资料根据国家气象中心的中国气象辐射资料年册，参考烟台地区的气象资料。4、辅助能源拟采用燃气锅炉。5、材料材质要求符合国家有关标准；所报产品必须为同种产品中的优级产品，制作工艺及技术规范按现行国标执行；详细说明所报产品的各种性能及技术指标；供货商所供产品必须是各厂家的最新产品。6、要求太阳能及水箱固定支架牢固耐久，应考虑抗风、抗震、抗锈蚀等。三、烟台气象资料分析1烟台地区2001年和2002年月均辐照量图表（详细见附表）731021161816652243170816781854160611888616880510152025一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月系列12001年8821229157719331983216917531773163911118966650510152025一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月系列12002年2日照时数及日照百分率日照时数（小时）日照百分率（）地名平均冬夏平均冬夏日照2698418802605636176033气象资料分析表气象资料分析表工程名称滨州医学院烟台校区地址烟台经纬度东经12122，北纬3732序号项目具体情况备注历史最大风力10级十年之内最大风力记录9级1风力分析去年超过6级风力总天数60天酸雨无冰雹很少出现雨雪雾101天/38天/91天雷26天2恶劣自然环境分析地震无最高35最低18历史最高/最低温度天数76天天数46天最高32最低173温度分析去年最高/最低温度天数20天数31天4其他42001年、2002年烟台日辐照量表2001年烟台日辐照量表区站号54764烟台北纬3730东经12115观测场拔海高度326米20011月2月3月4月5月6月日期总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射1579491250248914287213310401492990236910202983641027200113153920769901756107825231129382867741221138868223941126660391210285849022696823681745732187189616921041175567354461678834137759497043723221417179365462148970635612605819763612340143922571012728298419216597911796930170510182187958817173132735415246051284637209311862205100599221251235298175677714487352756151016896521085513510543521898883463193197598819718731151594466230164678317448152671140418177851258448119548417377202372112627081406854292136611112104181585696105939021961144103248514106450125839066754239584425671516179884315110927055514619538252172103724681193134881116938216139345811985712018100523081237338249179282346832431464766214011222633148119691346188209812184291788850210210922612134415319571932412824761811754133659325771469218014212010543201403680167169922391116226011512437159421176711154557166080523511140261514631643106922738185145084820681011234611092470131689343923789166252122081104215207002391129614168712446510017813081622794227211581988109718211097258932121563572217411142001928250113542038126726345105130250218689771556603205199316931060271154214156816955209211262735121219061259281212289130277221479475002082472114114771018291189177178698731101777819311230115026222581174306245192288821711471319301982164104328091292上旬5928418909426231465264711541173451879111058208518834中旬76767251066339541552067181957791402500013345153048783下旬90411837881934791999798391497572272573112871150899539月值226451530285761005650169230284996323712695223727451244271567月8月9月10月11月12月日期总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射总辐射净辐射1250317521237421569221328439146433527116822367176033717061985850167061111162412921273186814041228802205594630831128222424304107876985150814847311459487648138764235288618721875132396646218375051164288756186627651757214915332433113015344461173132987947251115751193803183779588127311278780341824561518233013811145512113251987644501399159610882706132316958321376494137272363321010507552229100113396121377555120588792521191351025561058197599217235347681059175212256116282094985199184816264761202119121961324161502217998421118811126220212210817501410705602039945222295415356339631882671526491616183992420378661090390112071668108162665159512676541943895118226611042275644172578158478538410623991704315111536921501825921552170396921799231550270101119841131919561155230512474188118823486994892552018291117159385311744016591264014132416215282332449127121437338171439183824392215811087236412592098682130124288898812137231808126419418991733787128618676712954713624851547157172014151127824367518372262551831021651035213375372519042217929139261582121622798551282346792153622567669927633456226910171617522860225108183859962822210320891004190775860225951329631022915601167976284552115152821617414984819230537221810633630137620689983943953142034417807075189433218上旬210801425017021104541709577921290242981027311635902392中旬212291281918360900317112715113383335090043647139153下旬97086690221011011413969464510541157065417328296923月值5201733759574822957148176195883682692182581867213371468年总量总辐射513775净辐射213491四、太阳热水器相关标准1、GB/T187132002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范2、GB500152003建筑给水排水设计规范3、GB/T175811998真空管太阳集热器4、GBJ1788钢结构设计规范5、GBJ987建筑载荷规范6、GB427292设备及管道保温技术通则7、GB470611998家用和类似用途电器的安全通用要求8、JB40881999日用管状电热组件9、室内用热水、热力供应设计规范10、GB/T172191998生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准11、GB503032002建筑电气工程施工质量验收规范12、GB502581996电气装置安装工程1KV及以下配线工程施工及验收规范13、GB502071994屋面工程技术规范14、GBJ24282采暖与卫生工程施工及验收规范15、JBJ24292民用建筑电气设计规范16、GBJ9386工业自动化仪表工程施工及验收规范17、GB/T1080089隔热用聚氨酯泡沫塑料18、GB/T1246411998焊接质量要求、金属材料熔化焊19、NY/5142002家用太阳热水器储水箱20、GB/T187082002家用太阳热水系统热性能试验方式21、NY/T3431998家用太阳热水器技术条件22、NY/T65102002家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范23、NY/T5132002家用太阳热水器电辅助热源24、GB/T1080089隔热用聚氨酯泡沫塑料25、GB/T503642005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范26、GB/T1239361991太阳能热水用术语27、01SS105常用小型仪表及特种阀门选用安装五、解决方案1、此系统安装集热器142032M2，参考烟台地区的辐照量，在春秋季正常晴好天气下，可产生45的热水约80吨，阴雨、冬季等光照不好的情况下采用辅助能源来补充，以满足用户的热水需求。系统为全自动控制，自带定时管道循环功能，通过定时控制管道上的循环泵，在用水前10分钟启动电磁阀和循环泵，把管道内的冷水打入水箱，管道内进入热水，达到设定温度关闭电磁阀和循环泵从而保证管道即开即热。2、我们采用的拼装水箱内胆为5MM厚Q235A冷扎碳钢板，再经过军舰级防腐处理，特有的优良耐蚀性。保温层为80MM厚聚氨酯保温块，外壳为1MM厚玻璃钢，聚氨酯保温块与玻璃钢板冲压成型，构成统一整体，附于水箱内胆上，保温性能更加优良并且外观美观。3、水箱预留辅助能源接口，并且我公司控制柜可实现对辅助能源的控制，当水箱温度低于设定温度时，开启辅助能源；辅助能源可以是多种方式，根据要求可定制。电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉等等均可与我公司水箱连接配套使用。4、我们所提供的产品均为我公司先进并且成熟的产品，是我们的主打工程产品。5、为了保证产品正常运行，最短时间内解决产品出现的故障，我们施行四步走A贵方进行设备管理人员培训（当地有经销商进行售后）；B定期检查，常规巡检维护；C年检，每年年底由皇明太阳能集团有限公司烟威办事处售后服务中心派专人检修一次；D应急维修。我公司对本项目实行24小时服务，当系统出现故障时，4小时之内派人赶到现场，检修排除故障，当故障复杂不能排除时，我公司设在烟威办事处的售后服务中心人员将在24小时之内到达现场检修。6、集热器支架采用4号角钢热镀锌，独特的支架设计，保证了支撑稳固和抗风能力强；采用热镀锌保证角钢的防腐能力。并且支架固定在预置水泥基础上，台与台之间通过连接件连接，把单台连接起来形成一个整体，大大增加了抗风能力。六、系统运行原理及说明系统运行原理图T4TT6P1IIIAP2P3IIB热水箱140吨JDCF1T1TT2T3P440吨热水箱2T5TP5DCF2TTTJRHJRGJRGJRGRGRHRGRG换热器P5P6浮动盘管此图为系统原理示意图，不表示实际连接方式。运行原理系统均采用两个水箱作为集热循环水箱，定时提供热水。在天气晴好的情况下，储水箱中的水利用太阳能加热，当阳光不足及阴雨天气时，由辅助能源补充提供能量。1、定时上水当定时灯亮时，可以由定时器控制进水。2、无水进水储水箱水位显示为0时，立即进水到2级水位。3、温差循环集热器与储水箱之间的循环温差循环当集热器的水温T1与热水箱1的水温T2的温差高于温差循环的启动温差时，循环泵P1、P2、P3自动启动；当两者的温差低于2时，循环泵自动停止；热水箱间循环当热水箱2的温度T4与热水箱1的温度T3，温差高于温差循环的启动温差时，循环泵P4自动启动；当两者的温差低于2时，循环泵自动停止。4、管道定时定温循环在用水前10分钟，当室内用水管道上的探测温度T4低于35，电磁阀开启，循环泵P3启动，将管道中的冷水打入水箱；当T4达到40时，电磁阀关闭，循环泵P3停止。5、防冻电热当水箱温度低于10时，电加热打开，达到15时，电加热关闭。6、防冻循环当室外管道上的温度T3低于5时，循环泵P1自动启动；当T3高于10时，循环泵P1自动停止。从而达到防止管道冻结的现象产生；7、辅助加热当储水箱中的水温低于设定温度5时，自动启动电加热或辅助能源，达到设定温度时自动停止电加热；8、高温断续循环当集热器温度高于95，且仅高于水箱温度210范围内时，循环泵每循环10分钟，停20分钟（用于无客人期间）；9、出水增压系统设增压泵P5、P6供水，用变频恒压方式控制，保证24小时有水并有一定的压力，以满足用户需求；10、室外管道加电热带，以防止冬季寒冷季节室外管道冻结；11、电磁阀进水口前要安装过滤器，水平管道上的单向阀要用升降式，垂直管道上的单向阀要用旋启式。七、计算略第三节江门一中太阳能系统一、建筑状况1、男生宿舍楼3幢，每幢5层，其中A幢每层12个房间共390人，B幢每层16个房间共520人，C幢每层24个房间，共790人；女生宿舍楼3幢，每幢5层，D幢、E幢、F幢每层18个房间共1700人；教工宿舍共2幢，每幢5层，G幢每层16个房间共110人，H幢每层26个房间共190人。8幢楼总计3700人。2、储热水箱的位置（1）男生宿舍2021轴交AB轴、2021轴交FG轴和2324轴交MN轴；（2）女生宿舍每幢45轴；（3）教工宿舍1112轴交T轴和1314轴交B轴。3、室内管道均设计好，预留有热水循环回水管道。二、用水要求1、提供淋浴用水；2、要求做管道循环，保证洗浴时打开龙头即有热水；3、24小时提供热水；4、每天提供的热水总量为根据贵方的要求，每人每天提供60热水25L，则总用水量为A幢25L/人日390人9750L/日，按照10吨/天设计；B幢25L/人日520人13000L/日，按照13吨/天设计；C幢25L/人日790人19750L/日，按照20吨/天设计；D幢、E幢、F幢25L/人日1700人42500L/日，总计42吨/天，14吨/天幢；G幢25L/人日110人2750L/日，按照3吨/天设计；H幢25L/人日190人4750L/日，按照5吨/天设计。三、气象资料1、自来水水温冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定，在无当地水温资料时参照下表分区地区地面水温度地下水温度第一分区黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北部分，宁夏偏东部分4610第二分区北京、天津、山东全部，河北、山西、陕西的大部分，河南北部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一41015小部分第三分区上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部，河南南部51520第四分区广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部101520第五分区贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分71520本方案在设计时自来水的温度取15。2、太阳辐照数据江门市（东经113O,北纬223O）的太阳辐照数据暂缺，我们取广州市（东经113O20,北纬23O10）的太阳辐照数据作为设计依据。根据国家气象中心提供的中国气象辐射资料年册（2001年）全国各地水平面总日射月均日辐照量及年总辐照量数据（单位MJ/M2），广州市（区站号59287，东经113O20,北纬23O10）的水平面总日射月均日辐照量数据如下九月份太阳辐照量日期1号2号3号4号5号6号7号8号9号10号辐照量604693942138007931063211920422009日期11号12号13号14号15号16号17号18号19号20号辐照量1555200119701920209320282044205620301087日期21号22号23号24号25号26号27号28号29号30号辐照量2021894213221982024158921492020201919903、环境空气温度数据根据国家气象中心提供的中国地面气象资料年册（2001年），广州市全年空气温度数据如下四、招标文件中相关的技术要求月份辐照量一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均82591610196471310110213441501162412951318963年总423462月份温度（）一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月年平均154152194217265272282291279254197149226平均最高199200238250308309324334319299256198270平均最低119117158193233248254261247221152117193极端最高272284284325340352359363352327307295363极端最低656997109199221227232234181894545五、相关国家及行业标准（略）六、技术方案及说明1、系统图示T1P1P2TTHKGAHKGAT4P3上图只是系统原理图，不表示实际的连接方式。2、运行原理说明（假定A水箱（1）水位设置为4个水位；（2）保温水箱温度设置为60；（3）温差循环温度上限为7；（4）智能电热开启时间每天的1600；B水箱（1）水位设置为4个水位；（2）保温水箱温度设置为60）以下是系统的主要功能介绍1）、上水多种上水方式（无水上水、定温上水、定时上水、手动进水、防干烧进水）相结合，最大限度地使用太阳能；2）、温差循环当T1T27，循环泵P1启动，循环至T1T23，P1停止；3）、定温管路循环若T440时，循环泵P2启动，循环至T445，P2停止；4）、辅助加热采用空气源热泵为辅助能源，对水箱B内的水进行加热，保持B水箱的水温在一定范围内，当T355时，启动电加热至T360停止加热。7、联集管集热器采光面积及安装距离1）、采光面积（式1）1LCDTIENWCJFTCQA式中直接系统集热器总采光面积，；CA日均用水量，KG；WQ储水箱内水的终止温度，；ENDT水的定压比热容，KJ/（）；WC水的初始温度，；IT当地春分或秋分所在月集热器采光面上月均日辐照量，KJ/；TJ太阳能保证率，无量纲；F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；集热器日平均热效率，国标经验值取040055；CD根据皇明公司的试验数据取值为052。管路及蓄热水箱热损失率，无量纲；L对于本系统，我们求出产出每吨符合要求的热水所需要的集热器采光面积。已知1000KG，60，418KJ/（），15，21980KJ/WQENDTWCITTJ1226376KJ/（由于在第二章中气象资料部分提供的是水平面上的太阳辐照量数据，比热水器采光面上的太阳辐照量要低，故此处乘以一个修正系数），072，052，01。FCDL代入式1中，得出AC1097。男生宿舍A幢集热器采光面积1097101097，实际安装联集管集热器30台；B幢集热器采光面积10971315358，实际安装联集管集热器39台；C幢集热器采光面积1097202194，实际安装联集管集热器60台；女生宿舍D幢、E幢、F幢每幢集热器采光面积10971415358，每幢实际安装联集管集热器42台；教工宿舍G幢集热器采光面积109733291，实际安装联集管集热器9台；H幢集热器采光面积109755485，实际安装联集管集热器15台。2）、联集管集热器安装间距（1）太阳高度角（式2）SINCOSCSO式中太阳天顶角纬度太阳赤纬角时角（度）（式3）125ST式中TS真太阳时（小时），用24小时的时钟（式4）ISMISLE式中当地标准时间（时和分）IS时差（分）N11061/807SIN214EN107166596N167246/SI5N2473651380247N16E当地时区的标准子午线经度（度）SML当地经度I98560SIN4985603COS1985602COS3798560COS2360NN（式5）太阳高度角90经过计算得知冬至日（12月21日）中午1200的太阳高度角为4407；（1）综合考虑太阳能全年使用状况以及产品的具体角度，选用38倾角的集热器；（2）为了使集热器前后不遮挡，最小安装间距为1380MMTG44071425MM。第四节山西万家寨引黄工程局太阳能系统一、设计标准（一）气象资料1、基础水温122、太阳辐照资料根据国家气象中心提供的中国气象辐射资料年册（2001年），因为平鲁地区无详细的气象资料，故我们选择山西省太原市（东经11234，北纬3752观测站区站号53772）的月日均及年总辐射数据（单位MJ/M2）3月份（春分所在月）的太阳辐照量（MJ/）日期1日2日3日4日5日6日7日8日总辐照量15441178148017111161181118441920日期9日10日11日12日13日14日15日16日总辐照量1796143318941815153417821433571日期17日18日19日20日21日22日23日24日总辐照量12291588173118041832122917751705日期25日26日27日28日29日30日31日总辐照量2074173421311956206418711947综合全年使用情况,我们选择3月份9日的日辐照量1796MJ/作为参考。（二）相关国家标准及行业标准1、GB/T187132002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范2、GB500152003建筑给水排水设计规范3、GB/T175811998真空管太阳集热器4、GBJ1788钢结构设计规范5、GBJ987建筑载荷规范6、GB427292设备及管道保温技术通则月份辐照量一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均766106816641704223019471938172112141077881651年总5137807、GB470611998家用和类似用途电器的安全通用要求8、JB40881999日用管状电热组件9、室内用热水、热力供应设计规范10、GB/T172191998生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准11、GB503032002建筑电气工程施工质量验收规范12、GB502581996电气装置安装工程1KV及以下配线工程施工及验收规范13、GB502071994屋面工程技术规范14、GBJ24282采暖与卫生工程施工及验收规范15、JBJ24292民用建筑电气设计规范16、GBJ9386工业自动化仪表工程施工及验收规范17、GB/T1080089隔热用聚氨酯泡沫塑料18、GB/T1246411998焊接质量要求、金属材料熔化焊19、NY/5142002家用太阳热水器储水箱20、GB/T187082002家用太阳热水系统热性能试验方式21、NY/T3431998家用太阳热水器技术条件22、NY/T65102002家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范23、NY/T5132002家用太阳热水器电辅助热源24、GB/T1080089隔热用聚氨酯泡沫塑料25、GB/T503642005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范26、GB/T1239361991太阳能热水用术语27、01SS105常用小型仪表及特种阀门选用安装二、设计要求1、场地情况平鲁分局建筑较多且分散，由公寓楼、电信站办公楼、监理楼、咨询楼、专家楼、家属楼、试验中心和食堂组成。楼顶全部为平顶，楼层最高为四层。所有管道在地沟内通过，但是所有管道均没有进行保温，安装集热器的楼顶没有避雷设施。具体尺寸见图纸。楼顶要考虑防水和防风。每日晚上2230次日630停水，白天不定期的会出现停电的情况。2、用水情况24小时用水和定时用水，以电加热进行辅助。全部采用集中供水的形式。一共有192户，每户150升，则总用户水量为28800升，结合实际情况设计最大用水量为每日30吨水。基础水温12（考虑到用水地的实际情况，我们选择12），大水箱出口水温45。三、系统设计指标本系统以春季为设计标准。原锅炉拆除，采用太阳能作为洗浴热水。管道借用原有管道，因为现在水箱房不在原有锅炉的位置，故主管道需要重新调整。在设计条件（50倾斜面上太阳辐照量为18858MJ/，管道及储水箱热损失为015，太阳能保证率为09）下，平鲁分局太阳能热水系统结合楼顶情况以及经济性方面选用78组QBWF538/302型集热器，总集热面积为41964，约能日产温升29（12温升到41）的热水30吨，或者把20吨热水升温44，完全可以满足使用要求，冬季及阴雨天气等辐照量不足情况下，由电加热进行辅助。因当地无气象检测站，故无详细的气象资料，在方案设计中我们借鉴太原地区的气象资料，此数据与平鲁当地的气象情况有一定的偏差，此数据不作为设计原则问题。四、系统运行原理及说明系统原理图TT3P1T2TT4ADCF1JRJRHRJTT5P3BDCF2T1TAA该图只是系统原理图，不表示实际的连接方式。运行原理说明1、自动补水定时补水加温控补水，以满足系统24小时用水需要。2、集热温差循环在储水箱A与集热器之间进行。当集热器内水的温度T1比储水箱A内水的温度T2高5以上时，集热循环水泵P1自动启动；当二者之间的温差小于2时，循环水泵P1停止运行。3、定时定温管道循环在设定时间（设定后半夜不用水时停止管道循环，以防止热量的过量散失）内，T5小于设定温度，则控制系统控制管道电磁阀DCF2启动，变频增压系统启动，把管道的冷水打回储水箱B，进行管道循环以实现即开即热。4、防冻循环当T4温度低于5时启动水泵P1，当温度达到10时停止，防止冬季室外水管冻坏。5、即时加热当储水箱B内的温度T3低于50此温度可设定，电加热启动；当达到设定温度时，电加热关闭，以保证水箱B内的水为恒温。6、管道增压选用压力控制的变频增压系统，用户用水则泵P3启动，实现用户用水增压的目的。7、高温断续循环当集热器的温度高于95，且仅高于水箱温度210范围内时，循环泵每循环10分钟，停20分钟。8、两水箱之间的循环当储水箱A内温度T2比储水箱B内温度T3高5以上时，温差循环水泵P2自动启动；当二者之间的温差小于2时，循环水泵P2停止运行。注详细情况参见控制柜说明。五、重要计算及说明1、联集管集热面积计算（式11LCDTIENWCJFTCQA式中系统集热器采光面积，；C日均用水量,30吨；W储水箱内水的终止温度（用水温度），45；ENDT水的定压比热容，418KJ/（）；WC水的初始温度，12；IT太阳能保证率，无量纲，取09；F集热器受热面上的辐照量，18858KJ/集热器水平面的辐照量17960TJKJ/,水平面和倾斜面的校荷参数105集热器全日集热效率，049；CD管路及储水箱热损失率，015；L根据楼顶情况，本工程利用水箱房周围的三栋楼房（监理楼、咨询楼和废旧的车库）的楼顶面积，再结合实际的使用情况，从经济性和太阳能的利用上考虑，此分局建议摆放78组单层集热器，总集热面积为41964，在上述条件下可以把30吨基础水温12的水加热到41，满足用水的要求（人适合洗浴的温度为3842）。在冬季等阴雨天气情况下，采用电加热仅加热储水箱B，相当于加热15吨水，还能起到节能的目的。2、集热器安装间距综合考虑集热器全年使用、场地情况、集热器型号等因素1左右两台串联集热器（太阳热水器）水嘴之间的间距为180；2前后两台集热器（太阳热水器）之间的间距为太阳高度角（式2）SINCOSCSO式中太阳天顶角纬度太阳赤纬角时角（度）（式3）125ST式中TS真太阳时（小时），用24小时的时钟（式4）ISMISLE式中当地标准时间（时和分）IS时差（分）N11061/807SIN214EN107166596N16724680/16SIN5EN24736532471当地时区的标准子午线经度（度）SML当地经度I98560SIN4985603COS1985602COS3798560COS2360NN（式5）太阳高度角90经过计算得知平鲁地区冬至日（12月22日）中午1200的太阳高度角为2705，春分日太阳高度角为5030。联集管集热器与后排相对应集热器之间的间距为DHCTG1833CTG27053582（MM）H单层联集管集热器的高度，1833MM冬至日正午太阳高度角2705考虑到全年用水及场地状况，集热器根据楼顶的具体情况进行摆放。3、集热器风荷载集热器最大受风面积为集热面外形面积S293018335371M2受力分析如下图FGYFGXN30根据建筑结构荷载规范GB500092001，取此地区重现30年的风压0