太阳能热水系统课程设计计算书

1、太阳能应用技术课程设计计算书题目：杭州市现代宾馆公寓太阳能热水系统设计姓 名：杨超学院：建筑工程学院专业：建筑环境与能源应用工程班 级：建环142学号：201451385236指导教师：候景鑫2017年12月25日目录1. 设计参数 21.1 气象参数 31.2 热水设计参数 32. 太阳集热系统设计 3集热器面积确定 3太阳集热器的定位 4太阳集热器模块总数确定 4太阳集热器间距 43. 贮热水箱选型 54. 集热循环管路水力计算 6集热循环管路流量 6集热循环管网热水流速及管径确实定 6集热循环最不利环路管道阻力确实定 7集热系统循环水泵选型 85. 热水供给系统管路水力计算 9热水供给系

2、统管路流量确实定 11热水供给系统最不利环路管道阻力确实定 12热水供给系统循环水泵的选型 136. 辅助热源 147. 自动控制系统 15运行控制 15防冻控制 15过热防护 168. 阻垢除垢 169. 参考文献 161.1气象参数本工程为杭州市现代宾馆的太阳能系统设计。杭州地区纬度为北纬 304根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册 表1-10，查得该地区的水平面年总辐照量为 MJ/ m2 ?a, 水平面年平均日辐照量为 MJ/ /m ?c，当地纬度倾角平面年总辐照量为MJ/ /m ?a当地纬度倾角平面年平均日辐照量 MJ/ /m ?d。1.2热水设计参数根据民用建筑节水设计标准 表3.

3、1.7 ,酒店的热水平均日用水定额取110 140 L/床?d，本设计取120 L/床？d，热水温度按60 C计。根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表1 16,杭州地区冷水计算温度取5 C/地面水。根据我国现行标准，太阳能集热系统的热性能指标以贮热水箱容积600 L为界限。本工程贮热水箱容积大于 600 L ,故其集热器面积确实定为：ACQwC r (tend tL) fJT cd (1L )式中：AC 系统集热器总面积，m2；X日平均用热水量，考虑太阳能热水系统全年提供宾馆客房用热水，客房总数 为72床，则日平均用热水量为8640 L/d ;c kJ/ / kg C；r水的密度，1 kg

4、/L ；tend贮热水箱内水的终止设计温度，取60 C；tL 水的初始温度，取 5 C;Jt 当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，取11621kJ/m2；f 太阳能保证率，上海地区属于太阳能资源一般区，由民用建筑太阳能热水 系统工程技术手册443.1，并参照表4 6;cd集热器年平均集热效率，由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册,间，本工程全年使用，取平均值 0.375。-管路及贮热水箱热损失率，由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册443.1，。将数据代入，计算得系统集热器总面积民=m2。根据太阳能集中热水系统选用与安装条，在全年使用时，集热器的安装倾角宜与当地纬度相同，即与建筑同方位，朝

5、向正南，倾角为304由太阳能集中热水系统选用与安装，平板型太阳能集热器作为一个单元集热器。单元平板集热器的尺寸为：2000 mnK 1000 mm ,单元集热器的集热面积为：1.83 m2。根据集热器的总面积及单元集热器的集热面积，计算需要集热器的数量为141块，则总集热面积约为m2。(阀fkg/M 引mu（炖）竝缺fill1PGT-2.0ij=0J318-5M*060.351237.5L（5）wH(mm)DN(mm)LI (mrr)（眄1PCT-ZO21(X)07525402.00831由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册441.2,本工程集热器的安装方位为正南，即集热器方位角为0因此，全年

6、运行的太阳能集热系统，集热器前、后排间sincos sin/ cosh不相互遮挡的最小间距的计算时刻选择春分日上午9点。sinh sin sincos cos cos式中：h太阳高度角;地理纬度,取30 4;赤纬角,春分日为0 太阳时角，上午9点对应的时角为-45 :太阳方位角。计算得，对口 h二山右12, 5加口=(1旳4,则，太阳高度角为37.73 太阳方位角为 所以，沟=口一0 = 63.38 2以上为集热器倾角为 304的集热器侧视图，可知集热器高度为504mm，宽度为864mm由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册441.2，集热器前后排间距:S H cot h cos o式中：S 日

7、照间距，m；H 前排遮挡物高度，女儿墙高度取1.3 m，集热器高度为 m；h 计算时刻的太阳高度角；o计算时刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器外表法线在水平面上的投影线之间的夹角。计算得，太阳能集热器距南墙的距离为m,前后排太阳集热器的日照间距为m。根据本建筑所需的日平均用热水量8640L/d ,选择3 mX2 mX2 m的贮热水箱，其实际容积约为12吨。集热环路采用同程连接，各环路相同。取其中任一环路为最不利环路，即管段1 2 3 4 567 8。077777777777777777777777,寸/77777八1/仝门/n5/4 WIrm 1 H _/IX图4 1集热循环最不利环路根据民

8、用建筑太阳能热水系统工程技术手册444，平板型太阳集热器的工作流量可按L/(s?tf)计算，则本工程太阳能集热系统的总流量为：g = 0.02 X 血=0.02 X 256. 82 = 5.1 証/由太阳能集中热水系统选用与安装882，太阳能集热系统管网热水流速，宜按下表选用：表41集热系统管网热水流速推荐值公称直径 DN mm15 202540 50流速m/s根据以下公式，可计算出管段管径:d2q 丁式中：q 集热系统循环管道内流量，m3/s；d 集热循环管道直径，mm;v 集热循环管网中热水流速，m/s。太阳能集热循环管路中最不利环路的管径及流速计算结果如下:表42集热循环管路中最不利环路

9、的管径管段编号流量m3/s管径mm流速m/s1544100243280388700.73440540688700.737432808513100本设计集热循环管网采用镀锌钢管。1管道的沿程水头损失：Py i?L管道单位长度水头损失可查建筑给水排水工程第六版附表2-1。将各数据带入，具体计算结果见下表：表43集热循环最不利环路管道沿程损失管段编号管径mm 流量m3/s 管道单位长度管道长度沿程水头损水头损失m失kPakPa/m11005442804320.223.370884400.9355400.935670887804320.2238100513Py2管道的局部水头损失。考虑阀门、弯头及三通

10、所造成的局部阻力，按沿程阻力的20%取值，则局部阻力为:Pf - 0 2齐-02 X 8370 = 1,674/fPj3集热器的阻力。根据太阳能集中热水系统选用与安装，集热器单位面积流量为q=0.02 L/(s?mJ时，单个kPa/m2。本次设计中最不利环路中共有35个单元集热器，故集热器总阻力为:=35 x 2X 0.5=35kPa4管网总阻力。最不利环路的总阻力即为沿程损失、局部损失和集热器的阻力之和，即:AP = LPy + Pj + P# = H370 + 1.674 + 35 = 45.044/e本工程太阳能集热系统的总流量为 L/s,即m3h,此流量即为集热系统水泵的流量。 扬程

11、考虑到沿程损失、局部损失、集热器阻力，即管网的总阻力，相当于mH2O，考虑流量储备系数1.1,则集热系统循环水泵的扬程 H为mH?。根据流量和扬程，选择 2台IRG-15-80型热水循环泵，其中一台为备用，具体性能参数见下表:折粽”牛需買幡二mmm3* Em%cTiiriiISO(NPSH) r110.3852615-M151.50l42eU290001S2D0.557341 8Q5IB2520-1102025OSQ15討28000 3723as0.91iis351.0Q53319孙询2025口曲3?2529000 752313临3023AflC.7S付3425-110254111154229

12、000 5523 214113 54125125252840.781112DC笛2929000 7523表4 4IRG-15-80型热水循环泵性能参数型号扬程m流量m3h功率kWIRG-65-100A7231716图5 1热水循环系统最不利环路该酒店建筑中，一个客房中热水供给的卫生器有洗脸盆、浴盆或淋浴器。由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册461，洗脸盆的给水当量为 0.5，额定流量为0.10 L/s；浴盆的给水当量为1.0，额定流量为0.20 L/s。热水给水设计秒流量为酒店 a:qg 0.2. Ng假设所求值大于计算管段卫生器具额定流量累加值，按累加值计。计算结果如下:表5 1热水供水管

13、路流量管段编号浴盆数量洗脸盆数 量给水当量qg L/s173735.23251514.37345454.1144242633.9753030453.3561818272.6071212182.1286691.5094461.22102230.87本设计热水循环管网采用镀锌钢管。根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册462，为保证各立管的循环效果，尽量减少干管的水头损失，热水供水干管和回水干管均不宜变径，可按其相应的最大管径确定。根据建筑给排水设计标准GB50015 2010，表，查得酒店旅馆的浴盆小时用热水量为250 L=L/S，洗脸盆的小时用热水量为180 L=L/S。并由此确定回水管的流量

14、。管网热水流速确实定，可参照民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表419：表5 2热水管道内的流速公称直径 DN mm15 202540 50流速m/s1管道的沿程水头损失：Py i?L管道单位长度水头损失可查建筑给水排水工程第六版附表2-1。将各数据带入，具体计算结果见下表：表5 3热水循环最不利环路管道沿程水头损失管径流量管道单位长度水头沿程水头损失管段编号管道长度m、mmL/s损失kPa/mkPa11005.230.0791.5542804.370.2370.1453804.110.2130.0384703.970.4603.7785703.350.3212.6966702.600.210

15、1.7647502.120.5254.4108501.500.2371.2129501.220.1820.60110400.870.2520.83211320.720.5015.53612501.440.2552.14213502.160.5034.22514703.600.3773.16715805.040.3112.33316805.400.3620.32617806.120.4330.264181008.760.2031.177qxQs1.163 t36.1992管道的局部水头损失。考虑阀门、弯头及三通所造成的局部阻力，按沿程阻力的20%取值，则局部阻力为:Pj = 0.込/ = 0.2

16、 X 36.2 = 7.2+kpJ3环路最不利出水点所需的最低压力。因水箱位于楼顶，水箱与最不利出水点的静水压大于最不利出水点的最低工作压力。故环路中可不计最不利出水点所需的最低压力。4管网总阻力。最不利环路的总阻力即为沿程损失、局部损失和集热器的阻力之和，即:KhmqrC （tr 九）86400AP = Py + Fj = 362 + 7.24 = 43.44kFfl1设计小时耗热量计算：式中：Qh设计小时耗热量，kJ/h;m用水计算单位数，本次设计客房总床数为72床；qr热水用水定额，日均用热水量为120 L/ b?d；c水的比热容，4187 J/ kg C；水的密度，1 kg/L ;tr

17、 热水温度，为 60 C；tL冷水温度，为5 C;Kh小时变化系数，由民用建筑太阳能热水系统工程技术手册表4 4,取6.84。代入计算，得设计小时耗热量为157514 W。2水泵的流量为循环流量，根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册461 ,全天供给热水系统的循环流量可按下式计算：式中：qx循环流量，L/h ；配水管道系统的热损失，W，按设计小时耗热量的 3% 5%采用，本次计算取5%,则热损失为 7876 W;配水管道的热水温度差，根据系统大小确定，一般取510 C,取10 C;水的密度，1 kg/L ;代入计算，得热水循环流量为677 L/h。故水泵流量为 677 L/h，即0.677

18、m3h。3热水循环水泵扬程即为克服管道所产生的阻力kPa,相当于 mH?。，考虑流量储备系数1.1,则H为mH20。根据流量和扬程，选择2台ISG-15-80型热水循环泵，其中一台为备用，具体性能参数见下表：MB扬粽电也：李mmLi Om血in |那1(NPSH) r1 103852615-5G151.50142e342SC00.1 222.00.557制1 00.5132520-11020251&342S000 3723230.91I15351.&2331&2a-i2025Q6Q3229000 7523130.9130222.80.7SIB342M1025斗111IS420S52.35 21

19、 4413 54125.125252S聞0.781 1120.6202& 闕29000 7523表5 4IRG-15-80型热水循环泵性能参数型号扬程m流量m3h功率kWIRG-15-80720，计算辅助热本设计采用空气源热泵机组作为辅助热源，按照阴雨天太阳能供热量为 源的设计小时供热量，其值可按下式计算：式中：Qg 空气源热泵的设计小时供热量，kJ/h ；m用水计算单位数，本次设计客房总床数为72床；qr 热水用水定额，日均用热水量为120 L/ b?d；1.10叫皿rc水的比热容，4.187 kJ/kg ：C;r 热水密度，1 kg/L ；tr 热水温度，为 60 C；tL 冷水温度，为4

20、 C；T,热泵机组设计工作时间，本次设计取20 h；代入计算，得到辅助热源的供热量为111421 kJ/h,即为kW，由此选用1台格力KFRS-36S型号的空气源热泵机组，具体性能参数见下表：表61 KFRS-36S型号的空气源热泵机组性能参数表型号制热量kW水流量m3h额定功率kWKFRS-36S36根据民用建筑太阳能热水系统工程技术手册4.8，控制系统在设计时需要考虑到系统所以可能的运行模式，并遵循简单可靠的原则，选择可靠的控制器和温度传感器。太阳能热水系统的控制方式主要有定温控制、温差控制、光电控制、定时器控制四种。定温控制和温差控制以温度或温差作为驱动信号来控制系统阀门的启闭和泵的启停，是最为常见的控制方式。强制循环一般采用温差控制，因此，本次设计对太阳能集热系统采用温差控制方式。在水箱与集热器回水管上分别设置温度探头T1、T2，当T2 T1 10C时，启动集热循环泵循环，T2 T1W5C时，停止集热循环泵的运行。对与用户相连的热水循环系统采用温差控制方式，在水箱与热水回水管底部分别设置温度探头T3,当T3 T1 10C时，启动