太阳能热水系统设计

1、 系统设计知识系统设计知识主要内容主要内容1 1、太阳热水系统的主要组成、太阳热水系统的主要组成2 2、太阳热水系统的分类、太阳热水系统的分类3 3、太阳热水系统的设计的主要方面、太阳热水系统的设计的主要方面4 4、太阳热水系统的设计的详细内容、太阳热水系统的设计的详细内容太阳热水系统的组成太阳热水系统的组成 设备与管道支架设备与管道支架 太阳集热器太阳集热器 贮水箱贮水箱 管路、泵、阀管路、泵、阀 设备防腐与保温设备防腐与保温 自动控制系统自动控制系统 辅助能源设备辅助能源设备太阳热水系统设计的主要方面太阳热水系统设计的主要方面 1 1、用户情况与要求、用户情况与要求 2 2、系统运行方式确

2、定、系统运行方式确定 3 3、太阳集热器选型、太阳集热器选型 4 4、太阳集热器面积确定、太阳集热器面积确定 5 5、贮水箱设计、贮水箱设计 6 6、辅助热源选择与系统设计、辅助热源选择与系统设计 7 7、系统布局、系统布局 8 8、太阳集热器倾角与前后排间距确定、太阳集热器倾角与前后排间距确定 9 9、泵、阀及管路选型与管路系统设计、泵、阀及管路选型与管路系统设计 1010、电气控制系统设计、电气控制系统设计 11 11、管路与设备的保温与防冻、管路与设备的保温与防冻 1212、系统安全防护（防雷、系统安全防护（防雷/ /防雨防雨/ /防漏电防漏电/ /防腐蚀防腐蚀/ /抗风雪等）抗风雪等）

3、 用户情况与要求（用户情况与要求（1 1） -原始资料收集原始资料收集 （1 1）用户所处地理位置和环境条件）用户所处地理位置和环境条件 （2 2）水源情况）水源情况 （3 3）电力供应情况）电力供应情况 （4 4）安装场地情况）安装场地情况 获取以上资料的方法：获取以上资料的方法：与客户勾通，向用户了解有无特殊情况；（如安装现场与客户勾通，向用户了解有无特殊情况；（如安装现场是否在风口、易发生雷击的地方等）是否在风口、易发生雷击的地方等）查阅当地气象资料；查阅当地气象资料；实地勘察现场。实地勘察现场。用户情况与要求用户情况与要求 -太阳能系统的要求太阳能系统的要求（1 1）安装太阳能系统的用

4、途：）安装太阳能系统的用途： 用于生活热水供应用于生活热水供应/工业用热水工业用热水/游泳池加热游泳池加热/采暖、制冷等。采暖、制冷等。 太阳能全年工作太阳能全年工作/季节性工作。季节性工作。 （2 2）用水方式：）用水方式： 定时用热水定时用热水/ /全天全天24 24 小时用热水小时用热水用水温度用水温度/ /全天总用水量全天总用水量/ /用水流量用水流量/ /用水压力。用水压力。（3 3）辅助能源情况）辅助能源情况 ：是否要求配置辅助能源是否要求配置辅助能源/ /配置辅助能源的种类（电配置辅助能源的种类（电/ /燃油燃油/ /燃气燃气/ /蒸汽蒸汽/ /暖气暖气/ /热泵等）热泵等）如果

5、使用原有的辅助能源设备，应了解设备的型号、类别，供热方式等。如果使用原有的辅助能源设备，应了解设备的型号、类别，供热方式等。（4 4）其它要求）其它要求 ： 管理方式，有无专人管理管理方式，有无专人管理/ /是否要求全自动控制是否要求全自动控制/ /是否要求自动计是否要求自动计量计费等。量计费等。 用户情况与要求用户情况与要求-原始资料核实原始资料核实太阳能系统的技术性相对比较专业，用户可能不能全面、太阳能系统的技术性相对比较专业，用户可能不能全面、清楚地表达其要求清楚地表达其要求。有些用户所表达的要求与其实际上真正有些用户所表达的要求与其实际上真正的需要不一致的需要不一致;有些用户所提的要求

6、可能无法实现。有些用户所提的要求可能无法实现。设计人员必须对用户所提供的情况进行分析判断，或者进设计人员必须对用户所提供的情况进行分析判断，或者进行现场考察核实，以便掌握真实客观的第一手资料。行现场考察核实，以便掌握真实客观的第一手资料。在了解了实际情况后，设计人员应将其了解的情况向用户在了解了实际情况后，设计人员应将其了解的情况向用户反馈。双方认可后，设计人员才能根据双方已经确认的设反馈。双方认可后，设计人员才能根据双方已经确认的设计条件和要求进行设计。计条件和要求进行设计。 用户情况与要求用户情况与要求-正确处理客户要求正确处理客户要求客户要求是我们设计太阳热水系统的依据之一，有些要客户要

7、求是我们设计太阳热水系统的依据之一，有些要求尽量去实现，求但有的是无法实现，应细仔地勾通解释，求尽量去实现，求但有的是无法实现，应细仔地勾通解释，不能一味答应。不能一味答应。要引导用户，公正客观地向用户解释太阳热水系统所能要引导用户，公正客观地向用户解释太阳热水系统所能实现的效果。实现的效果。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -基本的运行方式基本的运行方式按工质的流动方式分类：自然循环系统自然循环系统强制循环系统强制循环系统直流系统直流系统太阳热水系统在实际应用中是以上某一种基本运太阳热水系统在实际应用中是以上某一种基本运行方式或某种方式为主的为主的多种运行方式的组行方式或某种

8、方式为主的为主的多种运行方式的组合，根据现场的情况不同和用户的具体要求，在设合，根据现场的情况不同和用户的具体要求，在设计中要灵活应用，以实现太阳能热水系统的经济、计中要灵活应用，以实现太阳能热水系统的经济、节能的目的。节能的目的。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统自然循环系统自然循环系统类型1 由水箱、支架、管路和多个集热器由水箱、支架、管路和多个集热器等部件在工程现场连接成一个较大的自等部件在工程现场连接成一个较大的自然循环系统。然循环系统。类型2 以多台家用太阳热水器组成的热水系以多台家用太阳热水器组成的热水系统。由于每台家用太阳热水器实际上也是统。由于每台家

9、用太阳热水器实际上也是一个小型的自然循环系统，因此，这种设一个小型的自然循环系统，因此，这种设计方式也属于以自然循环系统中的一类。计方式也属于以自然循环系统中的一类。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环系统(1-1)(1-1)1、多个集热器与一个水箱连接组成的系统、多个集热器与一个水箱连接组成的系统自然循环系统自然循环系统是不需要外来动力，依靠系统流体本身的是不需要外来动力，依靠系统流体本身的密度差实现自动循环的太阳能系统。密度差实现自动循环的太阳能系统。自然循环系统的循环水箱底必须高于太阳集热器顶自然循环系统的循环水箱底必须高于太阳集热器顶0.30m0.3

10、0m至至0.5m0.5m；由于系统流体本身的密度差形成的动力很小，因此必须采由于系统流体本身的密度差形成的动力很小，因此必须采取多种措施减小系统循环阻力（如：选用较大的管径，管路取多种措施减小系统循环阻力（如：选用较大的管径，管路尽量短，尽量少拐弯）；尽量短，尽量少拐弯）；防止出现反坡，造成气堵等；防止出现反坡，造成气堵等；自然循环系统的规模一般较小，较大规模的自然循环系自然循环系统的规模一般较小，较大规模的自然循环系统常常分解成多个并联的小系统统常常分解成多个并联的小系统 。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统自然循环系统(1-2)(1-2)水 箱自 来 水集 热

11、器在白天太阳能加热期间，在白天太阳能加热期间，由于水箱内的水温达不到使由于水箱内的水温达不到使用温度，所以不能使用。用温度，所以不能使用。储热水箱上部水温高，下储热水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温部水温低，若水箱下部水温未达到使用温度，则使用热未达到使用温度，则使用热水时，需将下部未达到温度水时，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部达的温水放掉，才能用上部达到温度的热水，因此存在能到温度的热水，因此存在能量和水资源的浪费问题。量和水资源的浪费问题。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统自然循环系统(1-3)(1-3)自 来 水水 箱补 水 箱集 热 器使用

12、时，冷水从水箱下部进使用时，冷水从水箱下部进入水箱，而将热水从上部顶出。入水箱，而将热水从上部顶出。避免了落水系统的缺点，可避免了落水系统的缺点，可以随时使用热水，而且冷水上以随时使用热水，而且冷水上水也是自动完成，因此管理也水也是自动完成，因此管理也很方便。很方便。如果冷水供应慢，热水下水如果冷水供应慢，热水下水快，快， 就会造成断断续续出热水就会造成断断续续出热水如果没有冷水，就无法将热如果没有冷水，就无法将热水顶出。水顶出。存在冷热水混水问题，造成存在冷热水混水问题，造成热水使用率下降。热水使用率下降。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环系统(1-4)

13、(1-4)自来水循环水箱M储水箱补水箱集热器感温头 当太阳能贮水箱上部水当太阳能贮水箱上部水温达到设定温度时，热水出温达到设定温度时，热水出水管上的电磁阀自动打开，水管上的电磁阀自动打开，热水自动流入另外一个储热热水自动流入另外一个储热水箱，同时，冷水自动补入水箱，同时，冷水自动补入循环水箱下部；当水箱上部循环水箱下部；当水箱上部水温低于设定温度时，电磁水温低于设定温度时，电磁阀自动关闭。阀自动关闭。这种系统必须解决储热水这种系统必须解决储热水箱水满溢流的问题箱水满溢流的问题 ；适用于全天供热水要求。适用于全天供热水要求。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环

14、系统(1-5)(1-5)水 箱M自 来 水蒸 汽电 加 热锅炉感温头集 热 器当阴雨天或太阳能不足时，当阴雨天或太阳能不足时，用辅助能源将水箱内的水加热用辅助能源将水箱内的水加热到所需温度。辅助能源系统可到所需温度。辅助能源系统可以用电加热，以用电加热， 也可以用蒸汽加也可以用蒸汽加热，热， 还可以用燃油（气）锅炉还可以用燃油（气）锅炉加热。加热。带辅助加热的自然循环系统，带辅助加热的自然循环系统，可以解决仅靠太阳能加热存在可以解决仅靠太阳能加热存在的热水供应受天气影响的问题，的热水供应受天气影响的问题，达到天天有热水供应达到天天有热水供应 。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式

15、-自然循环系统自然循环系统(1-6)(1-6)自 来 水水 箱集热器集热器可以解决因一个系统采光面积过大，造成管径过可以解决因一个系统采光面积过大，造成管径过大、循环管过长、不便安装的问题。大、循环管过长、不便安装的问题。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环系统(2-1)(2-1)优点：优点：1、安装简单，施工方便，不需要大型号储热水箱，省去了因储热水箱的承重、安放、吊装或制作带来的麻烦；2、工程成本相对较低。缺点：缺点：1、多个小储热水箱带来的管理和用水不便，故障点多；2、多个小储热水箱单位体积的散热面积是大水箱的好几倍甚至十几倍，在同等保温条件下，小水箱

16、的散热量明显较大，系统总热效率低；3、辅助加热系统不便与整个系统匹配等。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环系统(2-2)(2-2)自来水家用热水器水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温未达到水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温未达到使用温度，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部使用温度，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部的热水，存在能量和水资源的浪费问题的热水，存在能量和水资源的浪费问题. 各个独立热水器上冷水时的水力不易平衡，会出现有些各个独立热水器上冷水时的水力不易平衡，会出现有些热水器溢流。热水器溢流。太阳能系统常见的运行方式太阳

17、能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环系统(2-3)(2-3)自来水补水箱 a) 如果冷水供应慢，热水下水快，就会造成断断续续出热水； b) 如果没有冷水，就无法将热水顶出。 C) 存在冷热水混水问题，造成热水使用率下降。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -自然循环系统自然循环系统(2-4)(2-4)自来水储 水 箱Ma)需解决储热水箱水满溢流的问题。需解决储热水箱水满溢流的问题。b）单个水箱的温水蓄存了较多的有用能量，从而造成单个水箱的温水蓄存了较多的有用能量，从而造成了能量浪费，系统投资成本增加。了能量浪费，系统投资成本增加。 太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的

18、运行方式 -自然循环系统自然循环系统(2-5)(2-5)自来水承压家用热水器电加热电加热这种系统能保证随时使用热水。这种系统能保证随时使用热水。辅助加热贮存的热水有限，当阴雨天时，热水不能辅助加热贮存的热水有限，当阴雨天时，热水不能保证供应。保证供应。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统强制循环系统优点：优点：系统的动力来自于循环水泵，单个系统可以不受采光面系统的动力来自于循环水泵，单个系统可以不受采光面积的限制，可以做到上百甚至上千平方米；积的限制，可以做到上百甚至上千平方米；储热水箱放置位置不受限制，可以根据现场情况，摆放储热水箱放置位置不受限制，可以根据现场情

19、况，摆放在任一安全的位置。在任一安全的位置。缺点：缺点：需要配置循环水泵、电控装置等，工程成本较高；需要配置循环水泵、电控装置等，工程成本较高；应注意选用可靠的控制系统，以确保系统运行得可靠性；应注意选用可靠的控制系统，以确保系统运行得可靠性；要求较高的施工技术。要求较高的施工技术。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（1)1)感 温 头自来水储热水箱循 环 泵集 热 器排 气控 制 器1 1、系统的循环水泵可以、系统的循环水泵可以选用温差选用温差/ /光照光照/ /定时任一定时任一控制器控制；控制器控制；2 2、温差控制是最合理的、温

20、差控制是最合理的循环方式，近年来被较多循环方式，近年来被较多地采用；地采用；3 3、光照控制常用于需要、光照控制常用于需要大流量的游泳池太阳能加大流量的游泳池太阳能加热和太阳能温水养殖系统；热和太阳能温水养殖系统；4 4、定时控制用于比较简、定时控制用于比较简易的系统。易的系统。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（2)2)定 温 控 制 器1、循环水泵受温控器控制。当集热器的出口温度达到设定温度时，循环水泵自动启动，将水箱下部的冷水泵入集热器，同时将集热器内达到设定温度的热水顶入储热水箱上部；2、采用定温循环和顶水用水方式，可以使系统

21、实现随时使用热水。3、当储热水箱内的水温全部达到温控仪设定水温时，循环水泵将一直循环。 太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（3)3)锅炉蒸 汽电 加 热控 制 器1 1、当太阳能不足时，、当太阳能不足时，用辅助能源（电用辅助能源（电/ /燃燃油油/ /燃气燃气/ /蒸汽）将水蒸汽）将水箱内的水加热到所需箱内的水加热到所需温度。温度。2 2、可以解决阴雨天、可以解决阴雨天热水供应不足的问题。热水供应不足的问题。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（4)4)暖 气 换 热 器回流水

22、箱1 1、在太阳能系统中设置了一个、在太阳能系统中设置了一个回流水箱，循环水泵将回流水回流水箱，循环水泵将回流水箱内的热水泵入换热器换热后，箱内的热水泵入换热器换热后，被送到太阳集热器加热，然后被送到太阳集热器加热，然后又会到回流水箱，构成了开路又会到回流水箱，构成了开路循环回路。循环回路。2 2、开路循环回路的循环介质容、开路循环回路的循环介质容易蒸发散失，利用回流水箱可易蒸发散失，利用回流水箱可以很方便地添加循环介质。解以很方便地添加循环介质。解决了不能承压的集热器在承压决了不能承压的集热器在承压热水供应系统上的应用问题；热水供应系统上的应用问题；3、这种系统太阳能加热系统、这种系统太阳能

23、加热系统的循环介质可以采用普通的水的循环介质可以采用普通的水。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（5)5)压 力 表膨胀罐换 热 器温 差 控 制 器排 气泄压阀1 1、太阳能集热器加热的、太阳能集热器加热的一次回路采用防冻液作一次回路采用防冻液作为循环介质，解决了一为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和次回路循环系统防冻和防垢的问题。热水供应防垢的问题。热水供应为开路系统的间接换热为开路系统的间接换热强制循环系统。强制循环系统。2 2、该类型系统适合于高、该类型系统适合于高寒地区全年使用的大规寒地区全年使用的大规模平板太阳热水系统

24、。模平板太阳热水系统。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（6)6)换热器温差控制器排气口排气太阳能加热回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。贮热水箱为常压系统。可在高寒地区使用，并比承压系统显著降低工程成本、且安全可靠。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -强制循环系统常见形式（强制循环系统常见形式（7)7)温 差 控 制 器泄 压 阀换热器压 力 表 膨 胀 罐排 气安 全 阀换 热 器1、太阳能加热回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。热水供应系统为承压系统

25、，利用自来水的压力将水箱中的热水自动顶出，实现了“开阀门用水，关阀门走人”的傻瓜化管理。3、该系统可用于别墅太阳能和阳台壁挂式系统。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -直流系统直流系统优点：优点：1、该系统可随时将达到设定温度的热水顶入储水箱储、该系统可随时将达到设定温度的热水顶入储水箱储存。水箱内储存的是达到温度的热水。可以实现随时使存。水箱内储存的是达到温度的热水。可以实现随时使用热水。用热水。2、储热水箱可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。、储热水箱可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。缺点：缺点：1、定温放水系统需要解决储热水箱水满溢流的问题；、定温放水系统需要解

26、决储热水箱水满溢流的问题；2、同时也需要配置控温装置等。工程成本较高；、同时也需要配置控温装置等。工程成本较高；3、应注意选用可靠的控制装置，以确保系统运行的可、应注意选用可靠的控制装置，以确保系统运行的可靠性。靠性。4、要求较高的施工技术。、要求较高的施工技术。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -直流系统常见形式（直流系统常见形式（1)1)集 热 器自来水感 温 头温 控 仪储热水箱排 气1、当集热器内的水温达到设定温度时，电磁阀打开，冷水进入集热器，并将达到设定温度的热水顶入储热水箱。2、单一的直流式定温放水太阳热水系统存在储热水箱水满溢流的问题，水满时必须将冷水关闭，以防

27、止储热水箱溢流。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -直流系统常见形式（直流系统常见形式（2)2)水位探头控 制 仪1、当水箱满水位时，、当水箱满水位时，冷水管路上的电磁阀冷水管路上的电磁阀自动关闭，系统自动自动关闭，系统自动转入温差循环。转入温差循环。2、该系统不仅解决、该系统不仅解决了储热水箱水满溢流了储热水箱水满溢流的问题，还充分利用的问题，还充分利用了太阳能。了太阳能。 太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -直流系统常见形式（直流系统常见形式（3)3)锅炉控 制 仪1、先利用太阳能加热；、先利用太阳能加热；2、当太阳能产热水不足、当太阳能产热水不足时，水箱水

28、位低至一定时，水箱水位低至一定值时值时,启动辅助能源补充启动辅助能源补充热水，确保全天热水，确保全天24小时小时热水供应。热水供应。3、广泛用于宾馆、饭店、广泛用于宾馆、饭店等要求等要求24小时供热水的小时供热水的单位单位。太阳能系统常见的运行方式太阳能系统常见的运行方式 -直流系统常见形式（直流系统常见形式（4)4)电 加 热程 序 控 制1、控制器（、控制器（PLC编程）可根编程）可根据系统集热器的水温、水箱据系统集热器的水温、水箱水温、水位、管路水温等信水温、水位、管路水温等信号，依照事先设计好的程序，号，依照事先设计好的程序，实现定温、满水位温差循环、实现定温、满水位温差循环、太阳能不

29、足辅助加热、低水太阳能不足辅助加热、低水位保护、任意时间自动控制位保护、任意时间自动控制等功能，并可远传、监视等。等功能，并可远传、监视等。2、 近年来已被更多地采用。近年来已被更多地采用。系统运行方式设计与选择原则系统运行方式设计与选择原则实际设计中有很多运行方式实际设计中有很多运行方式,但所有这些运行方式，都是但所有这些运行方式，都是根据自然循环、强迫循环和直流定温系统的原理，结合实际情根据自然循环、强迫循环和直流定温系统的原理，结合实际情况设计的。系统运行方式应根据用户基本条件、用户的使用需况设计的。系统运行方式应根据用户基本条件、用户的使用需求及集热器与储热水箱的相对安装位置等因素综合

30、加以确定。求及集热器与储热水箱的相对安装位置等因素综合加以确定。一般来说，较小面积的系统，一般来说，较小面积的系统， 如果水箱可高置，多采用如果水箱可高置，多采用自然循环系统；较大面积和水箱不能高置的系统，多采用强自然循环系统；较大面积和水箱不能高置的系统，多采用强制循环系统；需要制循环系统；需要24小时或白天需要使用热水的，多采用直小时或白天需要使用热水的，多采用直流系统；每天都需要热水的，应配置辅助加热系统。流系统；每天都需要热水的，应配置辅助加热系统。目前国内的太阳能热水系统多采用开式系统，别墅型、壁目前国内的太阳能热水系统多采用开式系统，别墅型、壁挂式太阳能热水系统多采用闭式承压二次回

31、路系统。挂式太阳能热水系统多采用闭式承压二次回路系统。（国外基本都是闭式承压系统）（国外基本都是闭式承压系统）系统运行方式设计与选择系统运行方式设计与选择太阳能热水系统设计选用表表中为可选项目表中为可选项目热水负荷计算太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器选型（太阳集热器选型（1 1）集热器类型选择因素当地的地理位置；当地的地理位置；环境温度；环境温度；全年的使用时间；全年的使用时间；使用水温；使用水温；投资与收益等因素。投资与收益等因素。1、在不结冰地区全年使用或虽是结冰地区，但仅在春、夏、在不结冰地区全年使用或虽是结冰地区，但仅在春、夏、秋季不结冰的时候使用时，一般

32、选择平板集热器。秋季不结冰的时候使用时，一般选择平板集热器。 2、结冰地区全年使用的，不需要承压运行的，除高寒地区、结冰地区全年使用的，不需要承压运行的，除高寒地区外，可选用全玻璃真空管集热器；采用防冻措施可选择平板；外，可选用全玻璃真空管集热器；采用防冻措施可选择平板；3、高寒地区全年使用的，可选择热管集热器，也可选择各种、高寒地区全年使用的，可选择热管集热器，也可选择各种金属流道式真空管集热器，设计双回路系统。金属流道式真空管集热器，设计双回路系统。太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器选型（太阳集热器选型（2） 平板型真空管型流 道 式 平板集热器热 管 式 平板

33、集热器玻 璃 真 空管集热器热 管 真 空管集热器金属流道真空管集热器抗冻性不 抗 冻 ，板芯易冻抗冻零下20以上抗冻抗冻防冻液介质抗冻承压性能承压承压不能承压承压承压热水温度60以 下热水60以下热水90以下热水80 以下热水80以下热水 热性能中 低 温 区热性能好比 流 道 式平板差中 温 区 热性能好比 全 玻 璃管稍差比 全 玻 璃管稍差质量稳定性好取决热管取决于真空管取 决 真 空管和热管取决于真空管经济性造价低比 流 道 式平板高造价较高比 全 玻 璃式高比 全 玻 璃管高太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器朝向与倾角（太阳集热器朝向与倾角（1）1、集热

34、器朝向与倾角的确定主要使集热器得到最大的太阳辐射能。当采光面与太阳光线垂直时，就能得到最大的太阳辐射能；2、对于跟踪式太阳集热器，通过自动跟踪使集热器的采光面与太阳的入射光线垂直就可以。但跟踪装置复杂，成本太高，一般采用固定朝向与倾角。3、对于固定式集热器，为了得到最大的太阳辐射量，应尽可能使当地正午的太阳光线与集热器的采光面的太阳光线与集热器的采光面垂直。因此，对于在北半球使用的集热器，应正南、垂直。因此，对于在北半球使用的集热器，应正南、南偏西、南偏东放置。南偏西、南偏东放置。4 4、考虑到早上气温低，易有雾，光照度差，而下午、考虑到早上气温低，易有雾，光照度差，而下午气温高，一般光照较好

35、，因此尽可能将集热器南偏气温高，一般光照较好，因此尽可能将集热器南偏西放置，使集热器在下午能得到更多的太阳辐射能。西放置，使集热器在下午能得到更多的太阳辐射能。 太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器朝向与倾角（太阳集热器朝向与倾角（2 2）从上图可以得出：当太阳光线与集热器的采光面垂直时，集热器倾角与当地纬度角以及太阳赤纬角有如下关系： = 水 平 面集 热 面水 平 面集 热 面太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器朝向与倾角（太阳集热器朝向与倾角（3 3）1、当全年使用时,可认为全年的平均赤纬角为0， = = 2、当侧重于夏季使用时,可认为

36、该期间的平均赤纬角为10， = = -10 3、当侧重于冬季使用时,可认为该期间的平均赤纬角为-10， = = +10 全年各月代表日太阳赤纬角的近似值全年各月代表日太阳赤纬角的近似值 太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器朝向与倾角（太阳集热器朝向与倾角（4 4）BB ）太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器朝向与倾角（太阳集热器朝向与倾角（5）太阳能方位角和倾角对应的补偿面积比 太阳集热器选型与摆放方位太阳集热器选型与摆放方位 -太阳集热器朝向与倾角（太阳集热器朝向与倾角（6 6）考虑各地不同季节天气的影响。实际上，不同地考虑各地不同季节天气

37、的影响。实际上，不同地方在不同季节的实际太阳辐照量是不同的。方在不同季节的实际太阳辐照量是不同的。某一地方在每年的某一季节，总是雨季，太阳辐射量相对某一地方在每年的某一季节，总是雨季，太阳辐射量相对很少，在此时段内，即使太阳光线与集热器采光面垂直，也得很少，在此时段内，即使太阳光线与集热器采光面垂直，也得不到太多的太阳辐射能；而在另一季节，经常是晴朗天气，太不到太多的太阳辐射能；而在另一季节，经常是晴朗天气，太阳辐射量相对较多，在此时段内，由于太阳光线与集热器采光阳辐射量相对较多，在此时段内，由于太阳光线与集热器采光面不垂直，从而失去了得到较多太阳辐射能的机会。面不垂直，从而失去了得到较多太阳

38、辐射能的机会。在太阳辐射较强的季节，热水过剩，而太阳辐射较少的季在太阳辐射较强的季节，热水过剩，而太阳辐射较少的季节，热水不足，因此可以让太阳辐射较少的季节尽可能多地吸节，热水不足，因此可以让太阳辐射较少的季节尽可能多地吸收辐射能。收辐射能。太阳集热器面积确定太阳集热器面积确定 -确定原则确定原则1、理论上，集热器面积应根据用户所需热负荷来确定。、理论上，集热器面积应根据用户所需热负荷来确定。（不考虑投资（不考虑投资/场地等因素时，太阳能系统得到的有用能量场地等因素时，太阳能系统得到的有用能量应等于用户所需要的热负荷能量）应等于用户所需要的热负荷能量）2、从系统投资和使用效果两方面综合考虑确定

39、从系统投资和使用效果两方面综合考虑确定 当全年使用时，以满足春秋季使用为原则；当全年使用时，以满足春秋季使用为原则； 季节使用时，以满足季节使用为原则季节使用时，以满足季节使用为原则3、根据现场实际摆放情况确定根据现场实际摆放情况确定 当现场太阳集热器摆放场地受到限制时，以现场实际的当现场太阳集热器摆放场地受到限制时，以现场实际的摆放面积作为设计面积，不足部分，由辅助加热补充摆放面积作为设计面积，不足部分，由辅助加热补充 ；4、以投资能力确定系统集热器面积以投资能力确定系统集热器面积 当资金不足时，可以投资能力确定系统规模。可以将当资金不足时，可以投资能力确定系统规模。可以将工程分成一期二期来

40、考虑，以解决资金问题。工程分成一期二期来考虑，以解决资金问题。 太阳集热器面积确定太阳集热器面积确定 -注意事项注意事项1、注意不同产品的集热效率不同；、注意不同产品的集热效率不同；2、注意灰尘的影响，一般在、注意灰尘的影响，一般在0.900.98；3、注意管路和水箱散热的影响，在、注意管路和水箱散热的影响，在0.900.95；4、注意系统加热方式的影响、注意系统加热方式的影响 间接系统在间接系统在0.900.95；5、注意太阳能系统运行方式影响，强迫循环的运行、注意太阳能系统运行方式影响，强迫循环的运行方式，与自然循环和直流系统的效率差别。方式，与自然循环和直流系统的效率差别。太阳集热器面积

41、确定太阳集热器面积确定 -集热器面积计算集热器面积计算直接系统太阳能总面积的确定：直接系统太阳能总面积的确定： 直接太阳能热水系统总面积可根据系统的日平均用水量和用水温度来确 定，可按下列公式计算： Ac=QwCr（t2-t1)f/JTcd(1-L) 其中：Ac为直接式系统集热器总面积（平方米）； Qw日平均用水量L， C水的定压比热 r水的密度 JT 月平均日或年平均日太阳辐照量， t2-t1水的初始终止温差； f太阳能保证率 cd_集热器年平均集热效率；（根据产品测定结果而定） L管路及贮热水箱的热损失率，（可取 0.20.3）间接系统集热总面积计算公式如下：式中：AN 间接系统集热器总面

42、积， AC 直接系统集热器总面积， FRUL 集热器总热损系数，W/（） UhX 换热器传热系数， W/（） AhX间接换热换热面积，水箱小于600L系统集热总面积计算公式如下：其中：Ac为直接式系统集热器总面积（平方米）； Qw日平均用水量L， C水的定压比热 r水的密度 tend贮水箱内水的终止设计温度， tL水的初始温度； Qs被测太阳能集热系统得热量， f太阳能保证率， A被测太阳能集热系统总面积；（根据产品测定结果而定） L被测太阳能集热系统管路热损失率，（可取 0.20.3）每每100L热水量的系统集热器总面积推荐选用值热水量的系统集热器总面积推荐选用值太阳集热系统流量确定太阳集热

43、系统流量确定太阳能集热系统的流量与太阳能集热的特性有关。 全玻璃真空管型太阳能集热器可以按： 0.0150.02L/(SM2)进行估算; 平板型太阳能集热器可以按： 0.02L/(SM2)进行估算; 以上数据乘以前面计算的太阳能集热器总面积c就可以得到太阳能集热系统的流量。集热系统的流量是选择循环泵的依据贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱的容积确定贮水箱的容积确定储热水箱的容量V应根据其蓄热容量VX、热水膨胀量VP和循环回流水量VH等因素确定。 V = VX + VP + VH1 1、储热水箱的蓄热容量、储热水箱的蓄热容量V VX X 应根据晴天时太阳集热器的产热水量来确定 2 2、储热水箱的热水

44、膨胀量储热水箱的热水膨胀量V VP P 当水温大于4时，体积会随水温升高而膨胀。因此应考虑水的体积膨胀量对储热水箱容量的影响 。(一般在5%以内)3 3、储热水箱的循环回流水量储热水箱的循环回流水量V VH H 对于常压系统，当循环水泵停止后，回水管道内的水要回流到水箱里；对于回流防冻的系统，当循环水泵停止后，集热器和管道内的水都要回流到水箱里来。因此必须考虑系统的回流水量。以确保停泵后不发生储热水箱溢流的问题。贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱形状确定贮水箱形状确定贮水箱的结构形状应根据其容量大小、结构的合理性、现贮水箱的结构形状应根据其容量大小、结构的合理性、现场放置的位置、水箱制作的难易等因

45、素来确定。储热水箱应场放置的位置、水箱制作的难易等因素来确定。储热水箱应选择体面比最小的形状。这样既能减小散热面积，还可节省选择体面比最小的形状。这样既能减小散热面积，还可节省水箱制作的材料。水箱制作的材料。1、圆球形状的水箱体面比最小，但制作困难。因此储热水箱的形状一般都、圆球形状的水箱体面比最小，但制作困难。因此储热水箱的形状一般都选择圆柱形或方形选择圆柱形或方形2、对于圆柱形水箱，当高度等于直径时，表面积最小。如果圆柱形水箱高、对于圆柱形水箱，当高度等于直径时，表面积最小。如果圆柱形水箱高度过高，一般将水箱卧放。要求水箱承压的系统，圆柱形水箱的两个端盖应度过高，一般将水箱卧放。要求水箱承

46、压的系统，圆柱形水箱的两个端盖应采用球形端盖，材料厚度应加厚，制作完成后，应按要求作耐压试验。采用球形端盖，材料厚度应加厚，制作完成后，应按要求作耐压试验。3、对于方形水箱，当长、宽、高相等时，表面最小。方形水箱不承压，不、对于方形水箱，当长、宽、高相等时，表面最小。方形水箱不承压，不易设计的太高。在高度相同的的条件下，长度与宽度相等时，体面比最小。易设计的太高。在高度相同的的条件下，长度与宽度相等时，体面比最小。方形水箱可以现场制作，运输方便。方形水箱的承压能力差，需要在水箱内方形水箱可以现场制作，运输方便。方形水箱的承压能力差，需要在水箱内部或外部加拉筋。所以只能用于不承压的系统中。部或外

47、部加拉筋。所以只能用于不承压的系统中。 贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱的材料贮水箱的材料1、钢板水箱、钢板水箱2、搪瓷水箱、搪瓷水箱3、不锈钢水箱、不锈钢水箱4、玻璃钢预制水箱、玻璃钢预制水箱5、水泥预制水箱。、水泥预制水箱。6、塑料水箱、塑料水箱贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱的开口位置与尺寸（贮水箱的开口位置与尺寸（1）检修人孔：大于3m3的水箱应留检修人孔，以备将来检修时用。人孔的尺寸不应小于400400mm2，圆形人孔的直径不应小于400mm。通气孔：常压水箱应留有通气孔，以避免形成负压，使水箱受损，并使下水通畅。排污口：排污口应留在水箱最低的位置，以利于排污。排污口的尺寸不应小于25m

48、m。溢流口：开式常压系统的水箱应留有溢流口，应不小于进水口，且最小不应小于25mm 。贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱的开口位置与尺寸（贮水箱的开口位置与尺寸（2）用热水口：a)对于承压水箱，用热水口应位于水箱的顶部；b)对于顶水使用的开式水箱，用热水口应位于水箱的中上部，且不能低于上循环口；c）对于落水使用的开式水箱，用热水口应位于水箱的底部，但应不低于排污口；d)对于底部带有电加热管的水箱，用热水口应高于电加热管的位置，以确保电加热管始终浸没在水中，防止电热管无水干烧。注：用热水口的尺寸应根据热水流量大小来确定，一般承压注：用热水口的尺寸应根据热水流量大小来确定，一般承压系统不应大于系统不应

49、大于1 1m/sm/s；常压系统不应大于常压系统不应大于0.50.5m/sm/s。 贮水箱设计贮水箱设计-贮水箱的开口位置与尺寸（贮水箱的开口位置与尺寸（3）上、下循环口：1、下循环口位于水箱的底部，但应不低于排污口，不高于用热水口（落水法）。2、上循环口位于水箱的中上部，不高于用热水口。对于顶水使用的承压水箱，上循环口应在水箱的中下部，但无论何种系统，上循环口都应高于下循环口。3、上、下循环口的尺寸也应根据单位时间的流量大小来确定，一般不应大于1m/s。其它开口： 有些系统还需预留测量水温、水位、压力的开口。带有辅助加热的系统还需留有辅助加热系统所需要的各种开口，设计者应根据系统要求合理设计

50、。 贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱的开口位置与尺寸（贮水箱的开口位置与尺寸（4）流水区死水区死 水 区流 水 区在满足以上要求的前提下，水箱的开口位置还应尽量注意消在满足以上要求的前提下，水箱的开口位置还应尽量注意消除死水区，或者尽量减少死水区。但为了防止顶水使用时冷除死水区，或者尽量减少死水区。但为了防止顶水使用时冷水供应不上，造成热水断流的问题，有意在水箱出热水口上水供应不上，造成热水断流的问题，有意在水箱出热水口上部留出一部分热水高度，当冷水供应不上时，起缓冲作用。部留出一部分热水高度，当冷水供应不上时，起缓冲作用。贮水箱设计贮水箱设计 -贮水箱进出水管的布置贮水箱进出水管的布置1、当水

51、箱进出水口处流速、温差过大时，容易造成水箱混水。、当水箱进出水口处流速、温差过大时，容易造成水箱混水。对于需要水箱水温分层的储热水箱，如顶水使用的储热水箱，对于需要水箱水温分层的储热水箱，如顶水使用的储热水箱，应降低管口流速。在设计水箱进、出水口处水管的布置时，下应降低管口流速。在设计水箱进、出水口处水管的布置时，下循环管口流出的为低温水，其在水箱内的开口方向应水平或向循环管口流出的为低温水，其在水箱内的开口方向应水平或向下；上循环口流进水箱的水为高温水，其在水箱内的开口方向下；上循环口流进水箱的水为高温水，其在水箱内的开口方向应水平或向上；冷水补水进口的开口方向应水平或向下。应水平或向上；冷

52、水补水进口的开口方向应水平或向下。2、对于自然循环系统，下循环口兼有下循环管的自动排气功、对于自然循环系统，下循环口兼有下循环管的自动排气功能，因此，其在水箱内的开口方向应水平，不能向下，否则将能，因此，其在水箱内的开口方向应水平，不能向下，否则将造成下循环管无法自动排气而使系统无法自动循环。造成下循环管无法自动排气而使系统无法自动循环。3、对于落水使用的循环系统，设计时，有意将上循环管口向、对于落水使用的循环系统，设计时，有意将上循环管口向下开口，有时甚至将上循环口向下延伸至水箱的下部，有意使下开口，有时甚至将上循环口向下延伸至水箱的下部，有意使水箱混流，以减轻水箱的温度分层。对于直流式定温

53、放水系统水箱混流，以减轻水箱的温度分层。对于直流式定温放水系统，设计时也有意将从集热器进入水箱的热水管延伸至水箱的下，设计时也有意将从集热器进入水箱的热水管延伸至水箱的下部，以达到混合水箱水温的作用。部，以达到混合水箱水温的作用。辅助热源选择与设计辅助热源选择与设计 -辅助热源种类的选择辅助热源种类的选择 辅助热源一般应具有可靠、稳定、随时可以供给等特点1、燃气（天燃气燃气（天燃气/ /煤气煤气/ /石油液化气石油液化气/ /沼气等）沼气等） 2、燃油燃油 （煤油/柴油）3、电能电能 4、蒸汽蒸汽 5、暖气暖气 6、热泵辅助热源选择与设计辅助热源选择与设计-辅助热源功率的确定原则辅助热源功率的

54、确定原则辅助加热系统的目的是当阴雨天或太阳能不足时，由辅助加辅助加热系统的目的是当阴雨天或太阳能不足时，由辅助加热系统提供所需的热能。热系统提供所需的热能。对于太阳热水系统来说，太阳能完全不起作用的情况就是最对于太阳热水系统来说，太阳能完全不起作用的情况就是最不利的情况。因此，辅助加热设备功率的确定应根据太阳能完不利的情况。因此，辅助加热设备功率的确定应根据太阳能完全不起作用时，全部靠辅助加热设备来满足用户所需的热能来全不起作用时，全部靠辅助加热设备来满足用户所需的热能来计算确定。计算确定。辅助加热系统宜采用两套，单套功率为总功率的辅助加热系统宜采用两套，单套功率为总功率的1/2。辅助热源选择

55、与设计辅助热源选择与设计-辅助热源加热量的计算辅助热源加热量的计算a)容积式：Qg=Qh-1.163（Vr/T）(tr-t1)r 其中：-有效贮热容积系数，选0.75 Qg-容积式水加热器的设计小时供热量，W Qh-热水系统设计耗热量， W r-热水密度 T-辅助加热量持续时间，h T -选24小时 Vr总贮热容积，L （单水箱取水箱容积40，双水箱按供热水箱容积）b)半容积式水加热器，热水机组的供热量按设计小时耗热量计算。 c)半即热式、快速式的供热量按设计秒流量计算。辅助热源选择与设计辅助热源选择与设计-辅助热源耗量的计算辅助热源耗量的计算常压燃油/燃气热水炉、热水器燃油/燃气耗量： G=

56、3.6kQg/Q 其中：G热源耗量，kg/h,Nm3/h k热媒管道热损失系数，1.051.1 Qg水加热器设计供热量，w Q热源发热量，kj/kg(kj/Nm3) （1MJ=239kcal) 水加热器的热效率 0.700.85电热水锅炉/电加热器耗电量计算公式： W=Qh/1000 其中：W耗电量，单位kw Qh设计小时耗热量，单位w 加热设备的热效率，0.950.97系统整体布局的原则与方法系统整体布局的原则与方法-布局形式布局形式水 箱集 热 器 阵 列集 热 器 阵 列集 热 器 阵 列集 热 器 阵 列集 热 器 阵 列水 箱集 热 器 阵 列一般情况下，集热器在前面，水箱在后面，以

57、避免水箱遮光。但当前面有较高的遮光物时，可将水箱放在前面，集热器后置，加大集热器与前面高遮挡物的距离。超过1T的水箱应先确定水箱位置，后布置集热器。应尽量减少循环管长度。循环管宜设计同程方式。系统整体布局的原则与方法系统整体布局的原则与方法-布局形式（布局形式（2 2）集热器阵列水箱集热器阵列集热器阵列集热器阵列水 箱集 热 器可减少循环管长度；可设计成几个并联自然循环系统；增多集热器摆放面积系统整体布局的原则与方法系统整体布局的原则与方法-布局选择原则布局选择原则布局形式的选择应根据现场地形确定，并考虑以下几点。（1）水箱承重 在系统布局中，首先需要考虑水箱的位置。因为，水箱是太阳热水系统最

58、重的负载，因此，水箱的放置位置应考虑该位置的承载能力能否能满足水箱装满水后的承重需求。（2）集热器摆放 应尽量使集热器集中在一片位置摆放，这样便于布局，系统比较整洁、紧凑，管路距离也比较短，。（3）系统各部分的距离 系统布局应尽量使集热器距水箱的距离、水箱距用热水点的距离、冷水供水点距集热器和水箱的距离相距较近，以减少管路过长造成的热损失，并减少安装用料，降低工程成本。（4）协调性与方便性 系统整体应协调、可靠、美观，施工和维护管理应方便。 太阳集热器阵列太阳集热器阵列-太阳集热器间的连接太阳集热器间的连接并联连接串联连接并串联连接太阳集热器阵列太阳集热器阵列-排与排之间的连接（排与排之间的连

59、接（1 1）适用于各种集热器的排与排之间的连接适用于各种集热器的排与排之间的连接 太阳集热器阵列太阳集热器阵列-排与排之间的连接（排与排之间的连接（2 2） 当集热器只有两排，且每排集热器的数当集热器只有两排，且每排集热器的数量不太多时，可采用此种连接方式。量不太多时，可采用此种连接方式。 可节约循环管道可节约循环管道太阳集热器阵列太阳集热器阵列-排与排之间的连接（排与排之间的连接（3 3） 当集热器数量超过两排时，在每排集热器的数当集热器数量超过两排时，在每排集热器的数量不太多时，为了管道连接的方便，有时会采用量不太多时，为了管道连接的方便，有时会采用此种连接方式此种连接方式 太阳集热器阵列

60、太阳集热器阵列-前后排间距前后排间距ABCOhr 太阳能集热器在安装时，为了充分发挥太阳能集热器的效能，要求前后排集热器不能相互遮挡； 其计算公式： S=Hcothcoso S-日照间距m; H-前方障碍物的高度； h-为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表面法线在水平面上的投影线之间夹角。1）、全年运行系统选取春分/秋分日照的 9：00至17：00； 2）、主要在春、夏、秋三季运行的系统选取春分或秋分的 8：00至16：00； 3）、主要在冬季运行的系统选冬至日照的 10：00或15：00；系统管路选择与设计系统管路选择与设计-常用管材种类（常用管材种类（