太阳能建筑一体化原理与应 课件 第8章 太阳能生活热水系统

太阳能建筑一体化原理与应用太阳能热水供应一、太阳能生活热水系统形式按系统运行方式分类：自然循环系统：仅利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差进行循环的系统；强制循环系统：利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器(或换热器)循环系统；直流式系统：传热工质(水)一次流过集热器加热后，进入储热水箱或用热水处的非循环太阳能热水系统。直流式系统图一、太阳能生活热水系统形式按照系统集热与供热水范围分类：1.集中-集中供热水系统：采用集中的太阳能集热器和储热水箱供给一幢或几幢建筑物所需热水的系统，适宜用在多层公寓住宅、旅馆、医院、学校等建筑中。集中-集中供热水系统图1.集中-集中供热水系统水箱设置的数目：（1）单水箱系统：只设一个集中的储热水箱，适合用于对用水要求不太严格的场合。单水箱系统1.集中-集中供热水系统（2）双水箱系统：设有两个水箱，集热水箱(也有文献称缓冲水箱)供热水箱(也有文献称恒温水箱),为了保证用水点能在打开水龙头后马上得热水，集中式热水系统一般设置再热循环管路。1.集中-集中供热水系统（3）多水箱系统：在太阳能集热器与辅助热源（热泵、电锅炉等）之间的环路上依次并联多个储热水箱；该系统有三种加热运行模式：1)辅助热源单独充热；2)太阳能单独充热；3)太阳能与辅助热源联合充热。多水箱系统2.集中-分散供热水系统采用集中的太阳能集热器和分散的储热水箱提供所需热水的系统，适宜用在多层公寓住宅中。集中-分散供热水系统图2.集中-分散供热水系统如下图所示为较为典型一种的集中集热-分户储热系统，以每栋公寓的一个单元为单位设计太阳能热水系统3.分散-分散供热水系统采用分散的太阳能集热器和分散的储热水箱供给各个用户所需热水的小型系统，系统特点是太阳集热器分散分户布置。分散-分散供热水系统图一、太阳能生活热水系统形式太阳能热水器及其热水系统：1.单个太阳能热水器的工作原理与接管、运行方法真空管太阳能热水器工作原理图家用太阳能热水器是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱储存热水的热水器，其储热水箱容积低于600L。一、太阳能生活热水系统形式太阳能热水器按照水箱结构和工作状态分为承压与非承压两种形式。真空管太阳能热水器工作原理图2.多个太阳能热水器的串并联系统可以将多个家用太阳能热水器通过串并联的组合形成太阳能热水器系统，实践证明这种热水系统运行可靠，故障率低，效果良好。真空管太阳能热水器工作原理图二、太阳能热水系统设计1.生活热水定额与用水特征：序号建筑物类型单位用水定额（L）使用时间（h）最高日平均日1住宅II有自备热水供应和沐浴设备每人每日40-8020-6024III有集中热水供应和沐浴设备60-10025-70242宾馆客房旅客每床位每日120-160110-14024员工每人每日40-5035-403医院住院部设公用盟洗室淋浴室每床位每日70-13065-9024设单独卫生间每床位每日110-200110-140门诊部、诊疗所每病人每次7-133-5部分热水用水定额表二、太阳能热水系统设计我国居民用热水调查：不同季节日热水使用时间分布图（监测）2.集热面积的计算（1）直接系统集热面积的计算：式中：Ac——直接系统的集热器总面积（m2）；Qw——日均用热水量（L）；Cw——水的定压比热容[kJ/(kg·℃)]；ρw——水的密度（kg/L）；tend——储热水箱内热水的终止设计温度（℃）；t0——储热水箱内冷水的初始设计温度，通常取当地年平均冷水温度（℃），JT——当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量（kJm2），f——太阳能保证率（%），ηcd——基于总面积的集热器年平均集热效率（%），ηL——太阳能集热系统中储热水箱和管路的热损失率，根据经验取值一般宜为0.20~0.30；qr——平均日热水用水定额[L/(人·d)，L/(床·d)]，见表8-1。m——计算用水的人数或床数；b1——同日使用率，平均值应按实际使用工况确定，当无条件时，可按教材表8-2取值。2.集热面积的计算（2）间接系统集热面积的计算：式中：AIN——间接系统集热器总面积（m2）Ac——直接系统集热器总面积（m2）U——集热器总热损系数Wm2∙℃，对平板型集热器，U宜取

4-6Wm2∙℃，对真空管集热器，U宜取1-2Wm2∙℃，具体数值应根据集热器产品实际测试结果而定；Uhx——换热器传热系数Wm2∙℃，查产品样本得出；Ahx——换热器换热面积（m2），查产品样本得出；当计算得到的系统集热器总面积大于建筑可设置的容许面积时，可按建筑最大容许的安装面积确定集热器总面积。2.集热面积的计算（3）太阳能保证率的选取：资源区划太阳能保证率60%~80%5400~670050%~60%4200~540040%~50%30%~40%

2.集热面积的计算（4）太阳能集热器的年平均集热效率：8-4）

2.集热面积的计算（5）集热面积的补偿：8-5）

二、太阳能热水系统设计3.储热水箱的计算：有效容积计算：8-8）

三、太阳能热水系统分析（f图法）1.设计方法f图法用于使用液体或空气作为工作流体的主动式供热系统的热性能，主要适用于能量输送的最低温度较低的情况，比如建筑供暖系统、生活热水系统。f图法是对数百次太阳能供热系统热性能模拟结果的拟合。模拟条件在实际系统设计的适当参数范围内变化，由此得到每月太阳能保证率f与两个无因次参数的关系式。三、太阳能热水系统分析（f图法）一个影响因素表示为X，和集热器热损失与热负荷的比值有关；另一个影响因素表示为Y，它和吸收的太阳辐射与热负荷的比值有关。

三、太阳能热水系统分析（f图法