太陽能熱利用系統(tǒng)課程設(shè)計

1、淮 海 工 學(xué) 院課程設(shè)計報告書 題 目： 太陽能熱利用系統(tǒng)課程設(shè)計 項目12 學(xué) 院： 理學(xué)院 專 業(yè)： 光信息科學(xué)與技術(shù) 班 級： 光能101 姓 名： X X 學(xué) 號： 2013年 12 月 16 日目 錄一、設(shè)計資料提供與使用要求3二、依據(jù)標準3三、我市太陽能資源情況3四、太陽能系統(tǒng)設(shè)計方案44.1、系統(tǒng)日耗熱量、熱水量計算44.2、設(shè)計小時耗熱量、熱水量計算44.3、太陽能熱水系統(tǒng)集熱面積的確定54.4、太陽能集熱器的安裝方位和傾角54.5、管材和附件6、管材 6、附件 6 水泵選型 74.6、保溫層厚度計算74.7、集熱器的連接84.8、水箱的設(shè)計84.9、輔助熱源設(shè)計8五、系統(tǒng)運

2、行控制及運行原理 105.1、運行控制 105.2、運行原理說明 105.3、工程保溫水箱 105.4、太陽能熱水工程智能控制系統(tǒng) 11六、固件清單12設(shè)計說明一、設(shè)計資料提供與使用要求：根據(jù)圖紙的要求，盡量在不影響樓房外觀的情況下，合理設(shè)計太陽能安裝數(shù)量，要與整體工程驗收標準相匹配，采用樓面太陽能集中集熱，分戶儲能， 春、夏、秋、冬晴天以太陽能制熱為主，以分戶電輔助加熱為輔，太陽能外觀顏色要與建筑外觀顏色保持一致。二、依據(jù)標準系統(tǒng)嚴格安照以下國家標準進行設(shè)計1、GB50015-2003建筑給水排水設(shè)計規(guī)范2、GB47272-92設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則3、GB/T20095-2006太陽能熱水

3、系統(tǒng)性能評價規(guī)范4、GB/T4271-2007 太陽能集熱器性能實驗方法5、GB/T18713-2002太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范6、0017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范7、B5009-2001建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范8、B50207-2002屋面工程質(zhì)量驗收規(guī)范9、50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范10、50242-2002建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范11、50303-2002建筑電氣安裝工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范12、50300建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準三、我市太陽能資源情況太陽能資源情況:江蘇省連云港市處于暖溫帶南部，屬于太陽能資源較豐富區(qū)，年日照時數(shù)在2500小時

4、左右；水平面上太陽能輻照量為42005400MJ/.a，年平均溫度14.3。1月平均溫度-0.4，極端低溫-19.5：7月平均溫度26.5，極端高溫39.9。歷年平均降水量920多毫米，常年無霜期為220天，主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)。氣象資料顯示：連云港四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，每年大約緊有20-30天處于陽光不足狀況狀態(tài)。四、太陽能系統(tǒng)設(shè)計方案本項目設(shè)計對象為居民住宅，實際用戶27戶，每戶平均3.5個人，日均用水量為5670L,需求水溫60，鑒于極端天氣情況，熱水供應(yīng)設(shè)計為日均5700L，故預(yù)采用集中集熱分戶計量系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括水箱、集熱模塊、支架、水泵、自動化控制系統(tǒng)、輔助能源及相關(guān)配

5、件等。4.1 熱水供應(yīng)系統(tǒng)的日耗熱量、熱水量計算全日供熱水的建筑物其集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的日耗熱量、熱水量可分別按下列公式計算：。式中， 日耗熱量 熱水用水定額，60L/單位c水的比熱容熱水密度，60密度0.982kg/L。tr-tl溫升，設(shè)計溫升45。m用水設(shè)計單位，取94.5。計算得：=8.62kw，但是一般計算時采用的是計算設(shè)計小時耗熱量，所以一般計算用到下面公式。4.2 設(shè)計小時耗熱量計算式中，熱水用水定額，60L/單位。 Kh小時變化系數(shù)，查表得Kh=5.12。 tr-tl溫升，設(shè)計溫升45。 m用水設(shè)計單位，取94.5。 熱水密度，60密度0.982kg/L。計算得：Qh=44.06k

6、w。所以選用45kw的電輔加熱。4.3 太陽能熱水系統(tǒng)集熱面積的確定根據(jù)式中，Ac集熱器采光面積， Qw日均產(chǎn)熱水量5700KGCw水的定壓比熱容 4.18KJ/(KG.)T1 要求水溫 60 T0 初始水溫15f太陽能保證率 0.45 J平均日輻照量17540KJ/(m2d)cd集熱器全日集熱效率 0.48 L熱損失率0.2設(shè)定連云港年平均地表水溫為：15，溫升45；年平均日輻照量：17540KJ/(m2d)，管道及儲水箱熱損失率L為0.2，太陽能保證率f為0.45。經(jīng)計算可得出AC71.685 本工程采用47*1500型全玻璃真空管。單根集熱面積為3.14*（0.047-0.01）*（15

7、00-40）/2=0.0848,所需真空管數(shù)目為71.685/0.0848=845，其中每組有50根全玻璃真空管，故需16.9組，鑒于工程需要，本項目預(yù)17組模塊4.4、太陽能集熱器的安裝方位和傾角在確定太陽能集熱器安裝位置是、時，應(yīng)考慮集熱器安裝傾角和方位對太陽能輻射能量收集的影響，可遵循以下原則：1、太陽能系統(tǒng)集熱器一般安裝在屋頂、陽臺或朝南方向外墻等建筑圍護結(jié)構(gòu)上。2、熱水系統(tǒng)安裝傾角宜選在當?shù)鼐暥?10的范圍內(nèi)。3、在建筑圍護結(jié)構(gòu)表面不夠安裝時，可按維護結(jié)構(gòu)表面最大容許安裝面積確定系統(tǒng)集熱器總面積。4、太陽能集熱器設(shè)置在坡屋面上，集熱器可設(shè)置在南向、南偏西、南偏東或朝東、朝西建筑屋面上

8、，坡屋面上的集熱器宜采用 順坡嵌入設(shè)置或順坡架空設(shè)置。5、嵌入建筑屋面、陽臺、墻面或建筑其他部位的太陽能集熱器，應(yīng)滿足建筑圍護結(jié)構(gòu)的承載保溫、隔熱、隔聲、防水、防護等功能。集熱器前后排之間的日照距離D的計算因為本系統(tǒng)的集熱器采取的是平鋪型，所以集熱器間的距離只需留出50cm的維修通道即可。 4.5、管材和附件、管材：1、太陽能熱水系統(tǒng)采用的管材和管件應(yīng)符合現(xiàn)行產(chǎn)品標準的要求。管道的工作壓力和工作溫度不得大于產(chǎn)品標準標定的允許工作壓力和工作溫度。2、熱水管道應(yīng)選用耐腐蝕、安裝連接方便可靠、符合飲用水衛(wèi)生標準的管材。一般采用薄壁銅管、薄壁不銹鋼管、塑料熱水管、塑料和金屬復(fù)合熱水管等。3、太陽能熱水

9、供應(yīng)系統(tǒng)的管道，應(yīng)采取補償管道溫度伸縮的措施。4、當系統(tǒng)中采用了不同的材質(zhì)的管材時，應(yīng)注意防止不同電動勢材料連接可能引起的電化學(xué)腐蝕。5、在以乙二醇為防凍液主要成分的防凍液系統(tǒng)中，由于乙二醇會與鋅發(fā)生不良反應(yīng)，不應(yīng)采用鍍鋅鋼管。、附件:太陽能熱水系統(tǒng)的管道和設(shè)備上應(yīng)設(shè)置下列附件：1、排氣裝置 2、泄水裝置 3、自動溫度調(diào)節(jié)裝置4、溫度計 5、壓力表 6、安全閥 7、膨脹罐 8、膨脹管 9、疏水器 10、閥門 11、分水器、集水器、分汽缸 12、止回閥、水泵選型集熱循環(huán)泵的揚程計算公式為： Hb =1.1(H1+ H2+ H3+ H4） H1 =R（L+L）式中： H1管路水頭損失，m； H2末

10、端設(shè)備阻力損失，單個設(shè)備按0.01m； H3集熱循環(huán)流經(jīng)集熱器的阻力損失，單個按0.1m； H4附加壓力，25m； R單位長度水頭損失，可按0.10.15kPa/m估算 ； L貯水箱至末端最不利供水管長度； L末端最不利配水點至貯水箱的回水管長度； 當管道的管（配）件長度資料不足時，可按管網(wǎng)沿程損失的百分數(shù)估算局部水頭損失，生活給水系統(tǒng)中采用25%30%。根據(jù)太陽熱水系統(tǒng)的性質(zhì)，按經(jīng)驗取沿程水頭損失的30%。 集熱循環(huán)為等程布置，供水管路長度為97米，回水管路長度為36米；則H1為13.3m；H2為0.01*640=6.4m; H3為100*0.1=10m；所以水泵揚程為1.1*（13.3+6

11、.4+10+3）=36.3m， 故取揚程為40米的循環(huán)恒壓水泵。4.5.4管路直徑、流速、及水力損失根據(jù)水管的設(shè)計流量，取管路直徑=0.02m，流速取v=1m/s,則管路單位長度損失Re=25062100000;采用勃拉休斯（Blasius）公式0.025;單位長度的沿程阻力損失：=628.67Pa/m;4.6、保溫層厚度計算管道采用國標熱鍍鋅管，及各類閘閥、截止閥、電磁閥等均采用國標銅，重質(zhì)管件。保溫層厚度的計算公式 ： 式中，保溫層厚度mm；管道的外徑mm；保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)/（hm）；取0.035W/（m）即0.126/（hm）；t未保溫的管道的外表面的溫度；q保溫后的允許熱損失/（mh）

12、。保溫材料應(yīng)根據(jù)“因地制宜、就地取材”的原則，選取來源廣泛、價廉、保溫性能好、易于施工、耐用的材料，具體有以下要求：（1）、熱導(dǎo)率低、價格低。一般來說，二者乘積最小的材料較經(jīng)濟。（2）、容重小、多孔性材料。這類材料不僅熱導(dǎo)率小，而且保溫后的管道輕。（3）、保溫后不易變形且具有一定的抗壓程度。（4）、保溫材料不宜與有機物和易燃物，以至于引發(fā)火災(zāi)。（5）、宜采用吸濕性小、存水性弱、對管壁無腐蝕作用的材料。（6）、保溫材料宜采用非燃或難燃材料，必須符合建筑設(shè)計防火規(guī)范等規(guī)定。結(jié)合建設(shè)部2003年頒布的全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施給水排水中的規(guī)定，根據(jù)公式計算的保溫層厚度分別是：公稱管徑25mm，橡塑

13、保溫層厚度為：24mm公稱管徑32mm，橡塑保溫層厚度為：24mm公稱管徑40mm，橡塑保溫層厚度為：25mm公稱管徑50mm，橡塑保溫層厚度為：25mm公稱管徑100mm，橡塑保溫層厚度為：27mm保溫層外包0.25mm厚鋁板，對管道及保溫層做進一步保護。4.7集熱器的連接本項目采用混連方式，首先將平板集熱器進行串聯(lián)，再進行并聯(lián)，共分為2組，每組8塊平板。同程管路使得每個集熱器的進、出口到系統(tǒng)進、出口的集管長度之和相同，這有利于系統(tǒng)流量分配均勻，保證系統(tǒng)高效運行。4.8、水箱的設(shè)計1、水箱的設(shè)計本項目設(shè)計對象為居民住宅，實際用戶27戶，每戶平均3.5個人，日均用水量為5670L,需求水溫60

14、，鑒于極端天氣情況，熱水供應(yīng)設(shè)計為日均5700L，故預(yù)采用集中集熱分戶計量系統(tǒng)。因此水箱可采用容積6000L優(yōu)質(zhì)圓形預(yù)制不銹鋼保溫水箱。4.9、輔助熱源設(shè)計輔助熱源設(shè)計 為保證太陽能熱水系統(tǒng)可靠供應(yīng)熱水，系統(tǒng)采用電能作為補給能源。惡劣天氣狀況下，不考慮太陽能提供的能源份額，電能應(yīng)在設(shè)計時間內(nèi)向系統(tǒng)提供熱水所需的全部熱量。輔助熱源的設(shè)計小時供熱量應(yīng)根據(jù)日熱水用量小時變化曲線、加熱方式及加熱設(shè)備的工作方式經(jīng)積分曲線計算確定，或根據(jù)國家標準GB 50015建筑給排水設(shè)計規(guī)范推薦公式根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計小時耗熱量等參數(shù)進行計算。無條件時，可按下是進行估算：式中，P輔助熱源加熱功率，W：輔助熱源加熱設(shè)備熱效率管

15、道及貯水箱熱損率，一般取0.050.1T設(shè)計輔助熱源的每日加熱時間，h。(取2h)本系統(tǒng)的電輔加熱可根據(jù)設(shè)計小時耗熱量等參數(shù)計算得出，所以不需要此式計算。五、系統(tǒng)運行控制及運行原理 5.1運行控制溫差循環(huán)：a.當熱水箱底部溫度低于60度（可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)置溫度）時，系統(tǒng)將運行于恒溫循環(huán)模式。采用溫差循環(huán)方式運行，即當集熱器出水口溫度高于熱水箱底部溫度8度時，熱循環(huán)泵工作；將熱水箱下部水抽出送入集水器，將集熱器內(nèi)熱水頂出，當集熱器和熱水箱底部溫度差降至2度時熱循環(huán)泵停止，如此往復(fù)，實現(xiàn)恒溫循環(huán)；當熱水箱底部溫度高于60度（可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)置溫度）退出恒溫循環(huán)模式。b.當熱水箱水滿后，系統(tǒng)將運

16、行于溫差循環(huán)模式。即當集熱器出水口溫度比熱水箱底部溫高7度（可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)置溫度）時，熱循環(huán)泵工作；當集熱器出水口溫度比熱水箱底部溫度高2度時，循熱環(huán)泵停止，實現(xiàn)溫差循環(huán)功能。c.當管道溫度低于2度（可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)置溫度）時，熱循環(huán)泵工作，當管道溫度高于5度時，熱循環(huán)泵停止，實現(xiàn)防凍循環(huán)功能。5.2、運行原理說明5.2.1、自動定時補水進水電磁閥在設(shè)定時間補水，到設(shè)定水位關(guān)閉；5.2.2、定溫循環(huán)當集熱器溫度達到設(shè)定溫度時，集熱循環(huán)泵打開，當集熱器與水箱溫度一致時集熱循環(huán)泵停止；5.2.3、恒溫供水：當熱水管道內(nèi)水溫低于設(shè)定溫度時，管道增壓循環(huán)水泵啟動循環(huán)，當管道內(nèi)水溫達到設(shè)定水溫時，

17、管道增壓循環(huán)水泵停止循環(huán)；5.2.4、防凍循環(huán)：當集熱管路溫度T5時，集熱循環(huán)泵啟動循環(huán)，當集熱器管道溫度10時，集熱循環(huán)泵停止循環(huán)（冬季使用）；5.2.5、漏電保護：在電源接線中設(shè)置了漏電斷路器，當相線對地出現(xiàn)漏電電流時，電源自動切斷。5.3、工程保溫水箱：根據(jù)使用需求、現(xiàn)場情況及系統(tǒng)設(shè)計需要，確定保溫水箱形式，保溫水箱分圓形預(yù)制和組合式不銹鋼（球形板）水箱兩種，均做相應(yīng)保溫、防腐處理；本項目采用圓形預(yù)制不銹鋼水箱。產(chǎn)品特點：5.3.1、選材優(yōu)質(zhì)精良：內(nèi)膽采用S30408不銹鋼（SUS304/2B）板材，厚度1.5、1.2，外殼為0.8mm厚不銹鋼板；食品級不銹鋼SUS304極大延長水箱的使

18、用壽命，并能較好的防止水質(zhì)的二次污染。5.3.2、保溫性能好：保溫層為70mm厚聚氨酯保溫塊，保溫性能良好，場組裝焊接，無需吊裝設(shè)備。5.33箱體輕盈美觀：高質(zhì)量的沖壓工藝，既保證了箱體最大限度的承壓需要，又降低了材料厚度，滿足了箱體的美觀實用的要求。5.4、太陽能熱水工程智能控制系統(tǒng)：5.4.1太陽能熱水工程智能控制系統(tǒng)，對熱水系統(tǒng)進行自動化控制，根據(jù)用戶要求實現(xiàn)各種功能。該控制系統(tǒng)具有以下功能：太陽能集熱器及熱水箱水溫顯示； 儲熱水箱水位顯示； 輔助加熱自動恒溫控制；電加熱防干燒功能； 自動補水；水滿自動停止進水功能； 溫差循環(huán)；智能管道冷水循環(huán)； 漏電保護；真空管防炸管保護； 循環(huán)泵防空轉(zhuǎn)保護；手自動切換功能； 系統(tǒng)智能防凍循環(huán)；智能自動電輔助加熱； 智能節(jié)能；手動狀態(tài)智能巡檢功能； 5.42控制系統(tǒng)功能原理5.42.1功能簡介系統(tǒng)具有恒溫自動進水、溫差循環(huán)、集熱器防空曬保護、恒溫用水循環(huán)、防凍循環(huán)、防溢流、缺水自動補水、自動輔助加熱控制、防雷擊、防漏電等功能。5.42.2主要功能原理恒溫自動進水（定溫進水）：當集熱器出水口溫度高于65度時，電磁閥(或水泵)打開，