云南师范大学太阳能热水器课程设计

1、附录：封面格式 YUNNAN NORMAL UNIVERSITY 太阳能热利用技术课程设计 学院：能源与环境科学学院 专业：新能源科学与工程 班级：15新能源B班 学号：1543207000078 姓名： 2017 年12 月 太阳能热利用技术课程设计 任务书 一、设计题目 户用太阳热水系统设计 二、设计原始资料 1. 气象资料 该建筑位于 昆明市； 查得室外气象资料为： 经度：102 41;纬度：25 0T;海拔： 1892.4m; 日平均太阳能辐射强度：11.884 （MJ/m2）;室外平均温度： 8.2 ; 室外平均水温： 工。 2. 其他设计参数 太阳热水系统能提供3-5人日常生活热水

2、，水温不低于 50C。 二、设计任务 在全国范围内选择一座城市，根据该城市的气象和地理条件，设计一套户用太阳能热水 系统，热水用量能提供3-5人日常生活使用（沐浴用热水按 60kg/人计算，其他热水用量按相 关资料估算），不考虑辅助能源。 三、设计内容 主要设计内容包括： 1、集热器类型及规模（面积、管数）确定； 2、贮水箱容积的确定； 3、 系统循环方式的确定（若为强制循环需确定水泵流量及扬程）； 4、 太阳热水系统的合理布置（集热器安装倾角、方位角的确定）； 5、太阳热水系统支架设计； 6、各部件材料选择（材质、规格型号）； 四、设计要求 在指导教师指导下， 由学生独立完成上述设计内容，

3、并在课程设计完成时提供以下设计 成果： 1、完成课程设计说明及计算书的编写； 2、设计图纸主要包括： （1）太阳热水系统供热原理图（含屋面安装方位示意） ； （2）太阳热水器总体装配图； （3）集热器结构详图； （4）热水箱设计图； （5）太阳热水器支架装配图； （6）太阳热水器支架零件图； （7）设备及主要材料表。 五、设计时间 共 10 天 太阳能热利用技术课程设计 说明书 目录 第一章 总论 1.1 设计任务及要求 1.2 原始资料及设计依据 1.2.1气象资料 1.2.2其他设计参数 第二章 太阳热水系统的供热量计算 第三章 太阳热水系统设计方案的比较、 选择 3.1 太阳集热器的选择

4、 3.2循环方式的选择 3.3 安装方式的选择 第四章 太阳热水系统的设计 4.1 集热器 4. 1 . 1真空管参数、管数、安装方式的确定 4. 1 .2倾角、方位的确定 4.2 系统水箱 4.2.1 储热水箱容积、参数、材质的确定 4.2.2补水箱 4.3安装与固定 4.4 管路安装 第五章 太阳热水系统的安装 5.1 太阳能热水系统施工工艺流程图 5.2设备及主要材料表 第六章 参考文献及成果装订 第一章总论 1.1设计任务及要求 在全国范围内选择一座城市，根据该城市的气象和地理条件，设计一套户用太阳能热水系 统，热水用量能提供4个人的日常生活使用（沐浴用热水按 60kg/人进行计算，其

5、他热水 用量按相关资料估算），不考虑辅助热源。 1.2原始资料及设计依据 1.2.1气象资料 该建筑位于 昆明市； 查得室外气象资料为： 经度： 102 41;纬度：25 01；海拔:1892.4m; 日平均太阳能辐射强度：11.884 （ MJ/m2）;室外平均温度：8.2; 室外平均水温：7_。 1.2.2其他设计参数 该太阳热水系统能提供 4个人的日常生活热水，水温不低于50C（每人每天用水量为 60kg）。 第二章 太阳热水系统的供热量计算 直接式太阳能热水系统集热器总面积可根据用户的每日平均用水量和用水温度确定，按下式 进行计算： ? = Q?C?t ?-? J? n?1 -n 式中

6、 Ac直接系统集热器总面积,m2; Qw-一日平均用水量,kg,通常与生活水平、生活习惯和气候条件等因素紧密相关，可根据当 地情况取规范规定的最高日用水定额的某一百分数作为太阳集热系统的计算依据； Cp-水的定压比热容，kJ/（kgC ）； tend -贮水箱内水的设计温度，C； ti-水的初始温度,C ; Jt-当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量,MJ/m 2; ?-太阳能保证率，% ;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，宜为30% - 50% ; cd-集热器的年平均集热效率；根据经验取值宜为0.25-0.50,具体取值应根据集热器产品 的实际测试结

7、果而定； l-贮水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20-0.30; 表1太阳能保证率表 资源区划 年太阳辐照量指标 /(MJ/m2 a) 短期储热系统太阳能 保证率/% 季节储热系统太阳能 保证率/% I类地区 =6700 40-60 60-70 U类地区 5400-6700 20-40 40-60 川类地区: 4200-5400 10-20 20-40 W类地区 4200 =10 10-20 根据气象资料可以得到以下数据: Qw=4 X60kg=240kg. tencF50 C . ti=7C. Cp=4.18KJ/(kg C). Jt=11884KJ/H2. ?根据表一，昆明在I、

8、U类地区之间，为了保证使用效果，取50%; n cd依据经验值，为了能够达到较好的使用效果，取0.4； n l依据经验值，为了能够达到较好的使用效果，取0.3； 所以系统所需的集热面积为： Q?C?(t ? t ? 240 X4.18 X (50 - 7) X50% ?= = 6.48m J? tp?1 - n11884 X0.4 X (1 - 0.3) 采用外径为58mm,长度为2.1m的真空管 第三章 太阳热水系统设计方案的比较、选择 3.1 太阳集热器的选择 该系统选用全玻璃真空管集热器。 全玻璃真空管由玻璃管、太阳能吸收膜、真空夹层、外玻璃管、支撑卡子、吸气剂组成。 当太阳光透过外管，

9、照射到内管外壁时，镀有选择性涂层的内管外壁将太阳能转变成热能， 并传给内管中的工质。由于内、外管之间被抽成了真空，再加上选择性涂层对太阳光的高吸 收率、低红外发射率，从而最大限度的减小了散热损失。 由于该系统安装在昆明市， 考虑天气对集热器的影响， 所以采用了高强度的真空集热器。 为什么选择全玻璃真空管集热器？ 普通平板集热器的热损系数为 6W/(m2C )-8 W/(m2C ),采用选择性涂层的平板集热 器，其热损系数只能降到 4W/(m2 C )-5 W/(m2 C )，而全玻璃真空管的热损系数都在0.9 W/(m2 C )以下，远小于平板集热器。因此全玻璃真空管的空晒温度可以达到200C

10、以上， 能轻松的将冷水烧开。全玻璃真空管在中、高温区域具有较高的集热效率，同时在-18C的温 度下，仍能正常产生热水。 3.2 循环方式的选择 本系统采用自然循环的循环方式，一般在小于30m2的集热面积、用水量在3t以下是单 一系统，水压能满足系统高度差要求，在支撑的建筑物承重载荷允许的情况下，均应采用自 然循环的系统运行方式。 该系统仅为单一户用热水系统，由第二章计算得出集热面积为6.48m2，用水量为240kg, 整个系统重量约为500kg,水压一般能满足系统高度差要求。并且从经济角度分析，自然循环 系统除工程设计、 安装较为复杂外， 它具有使用方便， 没有辅助控制和不需要人管理的特点。

11、所以综合考虑，选择自然循环最佳。 3.3 安装方式的选择 本系统安装方式采用平屋面安装，各部件之间用螺栓衔接，考虑到用水时段多在傍晚， 所以系统朝向南偏西 10度。紧凑式太阳能热水器宜选择在建筑物的屋面安装， 安装时集热管 朝向南偏西 10度。若有遮挡物，则热水器与遮挡物之间应留出一定距离，经计算昆明市集热 器最低点到遮挡物的垂直距离一般是 1.1-1.3h(遮挡物的高度)。在平屋面安装热水器时，操作 简单，只需要将热水器固定在安装基础上，管路及电线管由管道井接入室内即可。而集热器 一般安装在建筑物顶部，考虑安全问题，如果采用焊接，地点太高会不安全，各种电焊工具 不容易操作，所以各部件采用螺栓衔接，简单方便，而且安全性高，坏了容易维修。