太陽能熱水系統(tǒng)課程設(shè)計計算書0001

1、院:建筑工程學(xué)院業(yè):建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程級:建環(huán)142t=r.號:指導(dǎo)教師:候景鑫2017年12月25日目錄太陽能應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計計算書目：杭州市現(xiàn)代賓館（公寓）太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計名:楊超氣象參數(shù)本工程為杭州市現(xiàn)代賓館的太陽能系統(tǒng)設(shè)計。杭州地區(qū)緯度為北緯304,根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊表1-10，查得該地區(qū)的水平面年總輻照量為MJ/ (tf ?a)，水平面年平均日輻照量為 MJ/ (tf ?d)，當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面年總輻照量為MJ/ (tf ?a)，當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面年平均日輻照量MJ/ (tf ?d )o熱水設(shè)計參數(shù)根據(jù)民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)表，酒店的熱水平均日用水定額取11014

2、0 L/ (床?d)，本設(shè)計取120 L/ (床?d)，熱水溫度按 60 C計。根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊表1 16,杭州地區(qū)冷水計算溫度取 5 C (地面水)。ACQw C r (tend t l ) fJT cd (1 L )2.太陽集熱系統(tǒng)設(shè)計集熱器面積確定根據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，太陽能集熱系統(tǒng)的熱性能指標(biāo)以貯熱水箱容積600 L為界限。本工程貯熱水箱容積大于600 L，故其集熱器面積的確定為:式中：AC 系統(tǒng)集熱器總面積,m2 ；Qw 日平均用熱水量，考慮太陽能熱水系統(tǒng)全年提供賓館客房用熱水，客房總數(shù)為72床，則日平均用熱水量為8640 L/d ;c 水的定壓比熱容，kJ/ (

3、kg T)；r 水的密度，1 kg/L ；tend 貯熱水箱內(nèi)水的終止設(shè)計溫度，取60 T；tL 水的初始溫度，取 5 C；JT 當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟?，?1621kJ/m2；f 太陽能保證率，4 6,取;cd 集熱器年平均集熱效率,太陽能熱水工程中集熱器效率一般在間，本工程全年使用，取平均值。L管路及貯熱水箱熱損失率，取。將數(shù)據(jù)代入，計算得系統(tǒng)集熱器總面積AC = m2。304。太陽集熱器的定位全年使用時，集熱器的安裝傾角宜與當(dāng)?shù)鼐暥认嗤磁c建筑同方位，朝向正南，傾角為太陽集熱器模塊總數(shù)確定由太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝，選用PGT平板型太陽能集熱器作為一個單元集熱器。單

4、元平板集熱器的尺寸為：2000 mnK 1000 mm，單元集熱器的集熱面積為:m2。根據(jù)集熱器的總面積及單元集熱器的集熱面積，計算需要集熱器的數(shù)量為141塊，則總集熱面積約為。絆躊超niUi imiM/肝 (Ml1岡:j1PK1)-0.7313 58F*C.69JJU37.535.7太陽集熱器間距為0因此，全年運(yùn)行的太陽能集熱系統(tǒng)，集熱器前、后排間不相互遮擋的最小間距的計算時刻選擇春分日上午 9點。式中：h太陽高度角（ ；sin cos sin /cosh地理緯度（ ,取30 4;赤緯角（，春分日為0 太陽時角（，上午9點對應(yīng)的時角為-45 ;太陽方位角（。計算得，si n?= 0.612，

5、si n ?= -0.894 ，則，太陽高度角為 太陽方位角為 所以，?= a- Y= 63.38 0 = 63.38 d2qV以上為集熱器傾角為304的集熱器側(cè)視圖，可知集熱器高度為504mm，寬度為864mm式中：S 日照間距，m ；H 前排遮擋物高度，女兒墻高度取m，集熱器高度為 m ；h計算時刻的太陽咼度角;0計算時刻太陽光線在水平面上的投影線與集熱器表面法線在水平面上的投影線之間的夾角。計算得，太陽能集熱器距南墻的距離為，前后排太陽集熱器的日照間距為。3.貯熱水箱選型根據(jù)本建筑所需的日平均用熱水量8640L/d，選擇3 mX 2 mX 2 m的貯熱水箱，其實際容積約為12噸。4.集熱

6、循環(huán)管路水力計算集熱環(huán)路采用同程連接，各環(huán)路相同。取其中任一環(huán)路為最不利環(huán)路，即管段圖4 1集熱循環(huán)最不利環(huán)路L/(s? rf)計算,集熱循環(huán)管路流量根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊，平板型太陽集熱器的工作流量可按則本工程太陽能集熱系統(tǒng)的總流量為:?= 0.02 X ?= 0.02 X 256.82 = 5.13?/?集熱循環(huán)管網(wǎng)熱水流速及管徑的確定由太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝，太陽能集熱系統(tǒng)管網(wǎng)熱水流速，宜按下表選用:表4 1集熱系統(tǒng)管網(wǎng)熱水流速推薦值公稱直徑DN ( mm )152025 40 50流速(m/s)根據(jù)下列公式，可計算岀管段管徑:式中：q集熱系統(tǒng)循環(huán)管道內(nèi)流量，m3/

7、s ；d集熱循環(huán)管道直徑， mm ；v集熱循環(huán)管網(wǎng)中熱水流速,m/s。太陽能集熱循環(huán)管路中最不利環(huán)路的管徑及流速計算結(jié)果如下:表42集熱循環(huán)管路中最不利環(huán)路的管徑管段編號流量（m /s）管徑（mm）流速（m/s）11002803704405406707808100:熱循環(huán)最不利環(huán)路管道阻力的確定本設(shè)計集熱循環(huán)管網(wǎng)采用鍍鋅鋼管。（1）管道的沿程水頭損失：管道單位長度水頭損失可查建筑給水排水工程（第六版）附表2-1。將各數(shù)據(jù)帶入，具體計算結(jié)果見下表：表43集熱循環(huán)最不利環(huán)路管道沿程損失管段編號管道單位長度管徑（mm）流量（m3/s）水頭損失管道長度（kPa/m）沿程水頭損（m）失（kPa）1100

8、280 .3704405408070100(2)管道的局部水頭損失?？紤]閥門、彎頭及三通所造成的局部阻力,按沿程阻力的20%取值，則局部阻力為:?= 0.2 E?= 0.2 X 8.370 = 1.674?(3)集熱器的阻力。根據(jù)太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝，集熱器單位面積流量為q=L/(s?rf)時，單個集熱器的阻力一般為kPa/m2。本次設(shè)計中最不利環(huán)路中共有35個單元集熱器，故集熱器總阻力為:?=35 X 2X =35kPa(4)管網(wǎng)總阻力。最不利環(huán)路的總阻力即為沿程損失、局部損失和集熱器的阻力之和，即:?P = E?+?+ ?= 8.370 + 1.674 + 35 = 45.044?

9、。集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵選型本工程太陽能集熱系統(tǒng)的總流量為S，即h,此流量即為集熱系統(tǒng)水泵的流量。揚(yáng)程考慮到沿程損失、局部損失、集熱器阻力，即管網(wǎng)的總阻力,相當(dāng)于，考慮流量儲備系數(shù)，則集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程為。根據(jù)流量和揚(yáng)程，選擇2臺IRG-15-80型熱水循環(huán)泵，其中一臺為備用，具體性能參數(shù)見下表:型號揚(yáng)程m流量m3/h功率kWIRG-65-100A7表4 4IRG-15-80型熱水循環(huán)泵性能參數(shù)5.熱水供應(yīng)系統(tǒng)管路水力計算圖5 1熱水循環(huán)系統(tǒng)最不利環(huán)路熱水供應(yīng)系統(tǒng)管路流量的確定該酒店建筑中，一個客房中熱水供給的衛(wèi)生器有洗臉盆、浴盆或淋浴器。由民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊，洗臉盆的給水當(dāng)量為

10、，額定流量為L/S;浴盆的給水當(dāng)量為，額定流量為L/S。qg 0.2 何若所求值大于計算管段衛(wèi)生器具額定流量累加值，按累加值計。計算結(jié)果如下:表5 1熱水供水管路流量管段編號浴盆數(shù)量洗臉盆數(shù) 量給水當(dāng)量qg (L/s)17373251513454544242635303045618182771212188669944610223熱水供應(yīng)系統(tǒng)最不利環(huán)路管道阻力的確定本設(shè)計熱水循環(huán)管網(wǎng)采用鍍鋅鋼管。根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊，為保證各立管的循環(huán)效果，盡量減少干管的水頭損失，熱水供水干管和回水干管均不宜變徑，可按其相應(yīng)的最大管徑確定。180 L=S。并由此確定回4 19：根據(jù)建筑給排水設(shè)

11、計規(guī)范GB500152010=S，洗臉盆的小時用熱水量為水管的流量。管網(wǎng)熱水流速的確定，可參照民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊表表5 2熱水管道內(nèi)的流速公稱直徑DN （ mm ）152025 40 50流速（m/s）（1）管道的沿程水頭損失：管道單位長度水頭損失可查建筑給水排水工程（第六版）附表2-1。將各數(shù)據(jù)帶入，具體計算結(jié)果見下表:表53熱水循環(huán)最不利環(huán)路管道沿程水頭損失11002803804705706707508509501040113212501350147015801680178018100管段編號管徑(mm)流量(L/S )管道單位長度水頭管道長度(m)沿程水頭損失損失(kPa

12、/m)(kPa)20%取值，則局部阻力為:(2)管道的局部水頭損失。考慮閥門、彎頭及三通所造成的局部阻力，按沿程阻力的?= 0.2 E ?= 0.2 X 36.2 = 7.24k?(3)環(huán)路最不利岀水點所需的最低壓力。因水箱位于樓頂，水箱與最不利岀水點的靜水壓大于最不利岀水點的最低工作壓力。故環(huán)路中可不 計最不利岀水點所需的最低壓力。(4)管網(wǎng)總阻力。最不利環(huán)路的總阻力即為沿程損失、局部損失和集熱器的阻力之和，即:?P= E ?+ ?= 36.2 + 7.24 = 43.44?熱水供應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)水泵的選型Q K mgc (tr tjh h 86400(1)設(shè)計小時耗熱量計算:qxQs1.163

13、t式中：Qh設(shè)計小時耗熱量，kJ/h；m用水計算單位數(shù)，本次設(shè)計客房總床數(shù)為72床;qr熱水用水定額，日均用熱水量為120 L/ ( b?d);c水的比熱容,4187 J/（ kg C）；水的密度，1kg/L ；tr熱水溫度，為60 C;tL冷水溫度，為5 C；Kh小時變化系數(shù),由民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊表44,取。代入計算，得設(shè)計小時耗熱量為157514 W。(2)水泵的流量為循環(huán)流量，根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊，全天供應(yīng)熱水系統(tǒng)的循環(huán)流量可按下式計算:式中：qx循環(huán)流量，L/h ；Qs 配水管道系統(tǒng)的熱損失，W，按設(shè)計小時耗熱量的3% 5%采用，本次計算取5%,則熱損

14、失為 7876 W;t 配水管道的熱水溫度差，根據(jù)系統(tǒng)大小確定，一般取510 C,取 10 C；水的密度，1 kg/L ；代入計算，得熱水循環(huán)流量為677 L/h。故水泵流量為677 L/h，即 m3/h=min。(3)熱水循環(huán)水泵揚(yáng)程即為克服管道所產(chǎn)生的阻力kPa,相當(dāng)于 mH2O，考慮流量儲備系數(shù)，則H為 mH20。其中一臺為備用，具體性能參數(shù)見下表:根據(jù)流量和揚(yáng)程，選擇2臺ISG-15-80型熱水循環(huán)泵,表5 4IRG-15-80型熱水循環(huán)泵性能參數(shù)M 1I說=1揚(yáng)程站車鮭 11電inm 1I rnj.h1 LW1 m%rminK.VI itiPSHj I1103551?150 429別

15、28000.1S232.00.55734180.5ia2520 110豹25031534爼DO0.3723330911153515053319加leo202 50融322529000 7523130.913023IS0.7013?425-1102541 111S42型0Q.5S235?1 4413541QF20 G2&35.12525型0Q. 7523411120型號揚(yáng)程m流量m3/h功率kWIRG-15-80726.輔助熱源0,計算輔助熱源的設(shè)計小本設(shè)計采用空氣源熱泵機(jī)組作為輔助熱源，按照陰雨天太陽能供熱量為 時供熱量，其值可按下式計算:式中：Qg 空氣源熱泵的設(shè)計小時供熱量，kJ/h ；m

16、用水計算單位數(shù)，本次設(shè)計客房總床數(shù)為72床;qr熱水用水定額，日均用熱水量為120 L/ ( b?d);c水的比熱容，kJ/ ( kg C)；r 熱水密度，1 kg/L ；tr熱水溫度，為 60 C;t冷水溫度，為4 C;T1 熱泵機(jī)組設(shè)計工作時間，本次設(shè)計取20 h ;代入計算，得到輔助熱源的供熱量為 111421 kJ/h，即為，由此選用1臺格力KFRS-36S型號的空氣源熱泵機(jī)組，具體性能參數(shù)見下表:表6 1 KFRS-36S型號的空氣源熱泵機(jī)組性能參數(shù)表型號制熱量kW水流量m3/h額定功率kWKFRS-36S367.自動控制系統(tǒng)根據(jù)民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊，控制系統(tǒng)在設(shè)計時需

17、要考慮到系統(tǒng)所以可能的運(yùn) 行模式，并遵循簡單可靠的原則，選擇可靠的控制器和溫度傳感器。運(yùn)行控制太陽能熱水系統(tǒng)的控制方式主要有定溫控制、溫差控制、光電控制、定時器控制四種。定溫控制和 溫差控制以溫度或溫差作為驅(qū)動信號來控制系統(tǒng)閥門的啟閉和泵的啟停，是最為常見的控制方式。強(qiáng)制循環(huán)一般采用溫差控制，因此，本次設(shè)計對太陽能集熱系統(tǒng)采用溫差控制方式。在水箱與集熱器回水管上分別設(shè)置溫度探頭T1、T2，當(dāng)T2T1 10：時，啟動集熱循環(huán)泵循環(huán)，T2 T1 103時，啟動熱水循環(huán)泵循環(huán)，T3T15時，停止熱水循環(huán)泵的運(yùn)行。對上水系統(tǒng)采用水位控制方式。當(dāng)儲水箱中水位達(dá)到低水位時，由液位計控制的電磁閥打開，冷水自

18、動向儲水箱中補(bǔ)水，水滿后（即水位達(dá)到高水位時）電磁閥關(guān)閉。對水箱內(nèi)輔助熱源采用定溫控制方式，當(dāng)水箱內(nèi)水溫TK 40C時，啟動輔助電加熱裝置，加熱水箱內(nèi)水，當(dāng)水箱內(nèi)水溫 T1%0C時，停止輔助電加熱裝置。防凍控制本工程位于杭州市，屬于夏熱冬冷地區(qū)，冬季溫度不低于0 C，因此不需要考慮防凍問題。過熱防護(hù)過熱防護(hù)一般由過熱溫度傳感器和相關(guān)的控制器和執(zhí)行器組成。水箱過熱溫度傳感器一般可以借用溫差控制中的水箱溫度傳感器。水箱過熱溫度傳感器的溫度設(shè)定一般在80 C以內(nèi)以免發(fā)生燙傷危險,集熱系統(tǒng)過熱溫度傳感器的溫度設(shè)定高于水箱過熱溫度傳感器的溫度設(shè)定。8. 阻垢除垢在熱水供水管上安裝電子除垢儀，根據(jù)熱水設(shè)計秒流量為L/s ，即 *3600/1000= T/h （噸每小時