山西太原地區(qū)太陽能工程方案

1、山西萬家寨引黃工程局太陽能系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（一）氣象資料1、基礎(chǔ)水溫：12 C2、太陽輻照資料根據(jù)國(guó)家氣象中心提供的中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001年），因?yàn)槠紧數(shù)貐^(qū)無詳 細(xì)的氣象資料，故我們選擇山西省太原市（東經(jīng)112 34，北緯37 52觀測(cè)站區(qū)站 號(hào)53772）的月日均及年總輻射數(shù)據(jù)（單位MJ/m2）：X月份 照量X一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月日均7.6610.6816.6417.0422.3019.4719.38 :一 7.21 12.14 10.778.816.51年總5137.803月份（春分所在月）的太陽輻照量（MJ/廿）日期1日2日3日4日5日6日7日8日

2、總輻照量15.4411.7814.8017.1111.6118.1118.4419.20日期9日10日11日12日13日14日15日16日總輻照量17.9614.3318.9418.1515.3417.8214.335.71日期17日18日19日20日21日22日23日24日總輻照量12.2915.8817.3118.0418.3212.2917.7517.05日期25日26日27日28日29日30日31日總輻照量20.7417.3421.3119.5620.6418.7119.47綜合全年使用情況，我們選擇3月份9日的日輻照量（17.96MJ/）作為參考。（二）相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1、GB

3、/T18713-2002太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范2、GB50015-2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范3、GB/T17581-1998真空管太陽集熱器4、GBJ17-88鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范5、GBJ9-87建筑載荷規(guī)范6、GB4272-92設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則7、GB4706.1-1998家用和類似用途電器的安全通用要求8、JB4088-1999日用管狀電熱組件9、室內(nèi)用熱水、熱力供應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范10、GB/T17219-1998生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)11、GB50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范12、GB50258-1996電氣裝置安裝工程1KV及以

4、下配線工程施工及驗(yàn)收規(guī)范13、GB50207-1994屋面工程技術(shù)規(guī)范14、GBJ242-82采暖與衛(wèi)生工程施工及驗(yàn)收規(guī)范15、JBJ242-92民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范16、GBJ93-86工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范17、GB/T10800-89隔熱用聚氨酯泡沫塑料18、GB/T12464.1-1998焊接質(zhì)量要求、金屬材料熔化焊19、NY/514-2002家用太陽熱水器儲(chǔ)水箱20、GB/T18708-2002家用太陽熱水系統(tǒng)熱性能試驗(yàn)方式21、NY/T343-1998家用太陽熱水器技術(shù)條件22、NY/T6510-2002家用太陽熱水系統(tǒng)安裝、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范23、NY/T513-2002

5、家用太陽熱水器電輔助熱源24、GB/T10800-89隔熱用聚氨酯泡沫塑料25、GB/T50364-2005民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范26、GB/T123936-1991太陽能熱水用術(shù)語27、01SS105常用小型儀表及特種閥門選用安裝二、設(shè)計(jì)要求1、場(chǎng)地情況：平魯分局建筑較多且分散，由公寓樓、電信站辦公樓、監(jiān)理樓、咨詢樓、專家樓、 家屬樓、試驗(yàn)中心和食堂組成。樓頂全部為平頂，樓層最高為四層。所有管道在地溝內(nèi) 通過，但是所有管道均沒有進(jìn)行保溫，安裝集熱器的樓頂沒有避雷設(shè)施。具體尺寸見圖 紙。樓頂要考慮防水和防風(fēng)。每日晚上22:30次日6:30停水，白天不定期的會(huì)出現(xiàn)停電的情況。2、用水

6、情況：24小時(shí)用水和定時(shí)用水，以電加熱進(jìn)行輔助。全部采用集中供水的形式。一共有192戶，每戶150升，則總用戶水量為28800升，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)最大用 水量為每日30噸水?；A(chǔ)水溫12C （考慮到用水地的實(shí)際情況，我們選擇12C）,大水箱出口水溫45C。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)：本系統(tǒng)以春季為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。原鍋爐拆除，采用太陽能作為洗浴熱水。管道借用原有管道，因?yàn)楝F(xiàn)在水箱房不在 原有鍋爐的位置，故主管道需要重新調(diào)整。在設(shè)計(jì)條件（50傾斜面上太陽輻照量為18.858 MJ/廿，管道及儲(chǔ)水箱熱損失為 0.15，太陽能保證率為0.9）下，平魯分局太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合樓頂情況以及經(jīng)濟(jì)性方 面選用78組QB-WF-

7、5.38/30-2型集熱器，總集熱面積為419.64廿，約能日產(chǎn)溫升29C （12C溫升到41C ）的熱水30噸，或者把20噸熱水升溫44C，完全可以滿足使用要 求，冬季及陰雨天氣等輻照量不足情況下，由電加熱進(jìn)行輔助。因當(dāng)?shù)責(zé)o氣象檢測(cè)站，故無詳細(xì)的氣象資料，在方案設(shè)計(jì)中我們借鑒太原地區(qū)的氣 象資料，此數(shù)據(jù)與平魯當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r有一定的偏差，此數(shù)據(jù)不作為設(shè)計(jì)原則問題。四、系統(tǒng)運(yùn)行原理及說明系統(tǒng)原理圖該圖只是系統(tǒng)原理圖，不表示實(shí)際的連接方式。運(yùn)行原理說明:1、自動(dòng)補(bǔ)水：定時(shí)補(bǔ)水加溫控補(bǔ)水，以滿足系統(tǒng)24小時(shí)用水需要。2、集熱溫差循環(huán)：在儲(chǔ)水箱A與集熱器之間進(jìn)行。當(dāng)集熱器內(nèi)水的溫度T1比儲(chǔ)水箱A 內(nèi)水

8、的溫度T2高5C以上時(shí)，集熱循環(huán)水泵P1自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)二者之間的溫差小于2C 時(shí)，循環(huán)水泵P1停止運(yùn)行。3、定時(shí)定溫管道循環(huán)：在設(shè)定時(shí)間（設(shè)定后半夜不用水時(shí)停止管道循環(huán)，以防止熱量 的過量散失）內(nèi)，T5小于設(shè)定溫度，則控制系統(tǒng)控制管道電磁閥DCF2啟動(dòng)，變頻增壓 系統(tǒng)啟動(dòng)，把管道的冷水打回儲(chǔ)水箱B,進(jìn)行管道循環(huán)以實(shí)現(xiàn)即開即熱。4、防凍循環(huán)：當(dāng)T4溫度低于5C時(shí)啟動(dòng)水泵P1，當(dāng)溫度達(dá)到10C時(shí)停止，防止冬季室 外水管凍壞。5、即時(shí)加熱：當(dāng)儲(chǔ)水箱B內(nèi)的溫度T3低于50C（此溫度可設(shè)定），電加熱啟動(dòng)；當(dāng)達(dá)到 設(shè)定溫度時(shí)，電加熱關(guān)閉，以保證水箱B內(nèi)的水為恒溫。6、管道增壓：選用壓力控制的變頻增壓系統(tǒng)，用

9、戶用水則泵P3啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)用戶用水增 壓的目的。7、高溫?cái)嗬m(xù)循環(huán)：當(dāng)集熱器的溫度高于95C，且僅高于水箱溫度210C范圍內(nèi)時(shí)， 循環(huán)泵每循環(huán)10分鐘，停20分鐘。8、兩水箱之間的循環(huán)：當(dāng)儲(chǔ)水箱A內(nèi)溫度T2比儲(chǔ)水箱B內(nèi)溫度T3高5C以上時(shí)，溫差 循環(huán)水泵P2自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)二者之間的溫差小于2C時(shí)，循環(huán)水泵P2停止運(yùn)行。注：詳細(xì)情況參見控制柜說明。五、重要計(jì)算及說明1、聯(lián)集管集熱面積計(jì)算A = X） f（式1cJt n cd （1 -n l ）式中：A 系統(tǒng)集熱器采光面積，廿；Q日均用水量,30噸；t儲(chǔ)水箱內(nèi)水的終止溫度（用水溫度），45C； endC水的定壓比熱容，4.18KJ/ （kgC）；t水的

10、初始溫度，12C；f 太陽能保證率，無量綱，取0.9；J 集熱器受熱面上的輻照量，18858KJ/m2 （集熱器水平面的輻照量17.960KJ/廿,水平面和傾斜面的校荷參數(shù)1.05）n d集熱器全日集熱效率，0.49；管路及儲(chǔ)水箱熱損失率，0.15；根據(jù)樓頂情況，本工程利用水箱房周圍的三棟樓房（監(jiān)理樓、咨詢樓和廢舊的車庫）的樓頂面積，再結(jié)合實(shí)際的使用情況，從經(jīng)濟(jì)性和太陽能的利用上考慮，此分局建議擺放 78組單層集熱器，總集熱面積為419.64廿，在上述條件下可以把30噸基礎(chǔ)水溫12C的 水加熱到41C，滿足用水的要求（人適合洗浴的溫度為38C42C）。在冬季等陰雨天氣 情況下，采用電加熱僅加熱

11、儲(chǔ)水箱B，相當(dāng)于加熱15噸水，還能起到節(jié)能的目的。2、集熱器安裝間距綜合考慮集熱器全年使用、場(chǎng)地情況、集熱器型號(hào)等因素（1）左右兩臺(tái)串聯(lián)集熱器（太陽熱水器）水嘴之間的間距為180啞;前后兩臺(tái)集熱器（太陽熱水器）之間的間距為太陽高度角cos 0 = cos cos 5 cos + sin sin 5式中 =太陽天頂角二緯度5二太陽赤緯角二時(shí)角（度）o = 15 x （12 - T）式中：Ts真太陽時(shí)（小時(shí)），用24小時(shí)的時(shí)鐘T = T + E + （L - L ）s issm i（式一2）(式3)(式一4)式中：Tis =當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間（時(shí)和分）E =時(shí)差(分)E = -14.2sinl(n +

12、7)(180/111)E = 4sin 臨-106)(180/59)E = -6.5sinl(n -166)(180/80)E = 16.4sin(n - 247)(180/113)n=1106n=107166n=167246n=247365Lsm =當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)子午線經(jīng)度（度）5 = 0.36 - 22.9 cos(0.9856) - 0.37cos(2 x 0.9856m) - 0.15 cos(3 x 0.9856m) + 4 sin(0.9856)(式5)太陽高度角a =90一。經(jīng)過計(jì)算得知：平魯?shù)貐^(qū)冬至0（12月22日）中午12： 00的太陽高度角為27 05，春分日太陽高度角為5

13、0 30。聯(lián)集管集熱器與后排相對(duì)應(yīng)集熱器之間的間距為:D=Hctga =1833Xctg27 053582 (mm)H單層聯(lián)集管集熱器的高度，1833mma 一冬至日正午太陽高度角27 05,考慮到全年用水及場(chǎng)地狀況，集熱器根據(jù)樓頂?shù)木唧w情況進(jìn)行擺放。3、集熱器風(fēng)荷載集熱器最大受風(fēng)面積為集熱面外形面積:S = 2.930X1.833 = 5.371m2受力分析如下圖:根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001,取此地區(qū)重現(xiàn)30年的風(fēng)壓0.8kN/ 即800N/計(jì)算，則最不利情況是集熱器吹北風(fēng)時(shí)（因?yàn)橛兴畷r(shí)，重力增大有利于集熱 器抗風(fēng)），此時(shí)受風(fēng)力為F 風(fēng)=800N/mX 5.371 m429

14、6.6N1）、螺栓強(qiáng)度校核：當(dāng)集熱器處于平衡狀態(tài)時(shí)，由以上受力分析列出F 風(fēng) x+Gx=NxF 風(fēng) y+Ny= Gy其中 G=256kgX9.8N/kg=2508.8NF 風(fēng) x=F 風(fēng) cos50=4296.6NX0.6428 = 2761.85NF 風(fēng) y=F 風(fēng) sin50=4296.6NX0.7660 = 3291.39NGx=Gsin50=2508.8 NX0.7660=1921.74NGy=Gcos50=2508.8NX0.6428=1612.66N則：Nx=F 風(fēng)x+Gx=2761.85N +1921.74N=4683.59NNy=GyF 風(fēng) y=1612.66N3291.39N

15、=-1678.73NNy0,說明在Y方向集熱器受到螺栓的拉力，因?yàn)榧療崞鞴潭ú捎煤附臃绞?，通過在水 泥支撐里面預(yù)埋鋼板，然后集熱器支架直接和鋼板焊接在一起，其強(qiáng)度足以承受這 些拉力。2）、力矩校核：以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，集熱器受到的風(fēng)的力矩為M風(fēng)=F風(fēng)X1.833/2=4296.6X0.9165 = 3937.83N m集熱器的重力力矩為M水箱二GX1.551/2=2508.8X0.7755=1945.74N m由以上計(jì)算可見M水箱M風(fēng)則集熱器受到的風(fēng)荷載影響較大?？梢?，集熱器受到的風(fēng)荷載影響極大。故我們采用焊接的方式連接固定，并且水泥基礎(chǔ)里面預(yù)埋鋼板，通過鋼筋與建筑結(jié)合，可以有效的防止此問題的發(fā)生，

16、并且相鄰 兩臺(tái)利用連接件連接固定，并根據(jù)實(shí)際情況拉鋼絲繩。注：最大受風(fēng)面積是按集熱器前后向正投影面積，由于該型集熱器中間真空管間隙 頗多，風(fēng)阻小于最大截面風(fēng)阻。4、保溫層厚度計(jì)算： 4.1水箱保溫層效果計(jì)算水箱內(nèi)膽采用SUS304不銹鋼板焊接，外殼采用玻璃鋼，保溫層采用聚氨酯整體發(fā) 泡而成，厚度為80mm，經(jīng)過實(shí)際抽樣檢測(cè)，發(fā)泡后的實(shí)際聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.019W/（m- C）。為簡(jiǎn)化計(jì)算，進(jìn)行以下的假設(shè)：a、水箱內(nèi)的水靜止不動(dòng)，內(nèi)膽的厚度不計(jì)，聚氨酯保溫層內(nèi)表面的溫度和保溫水箱內(nèi) 水溫相同為t1，外殼的厚度不計(jì)，保溫層外壁的溫度和環(huán)境溫度相同為t2；b、水箱為標(biāo)準(zhǔn)的方體；c、水箱水溫

17、恒定；保溫水箱的熱損主要包括兩個(gè)部分，箱壁和上下端蓋，設(shè)箱壁的熱流密度為q，聚 氨酯保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為入，保溫材料厚度為0，每塊面積為A，n為拼裝的單元數(shù)， 則根據(jù)相關(guān)的傳熱學(xué)公式，有q=A （t1 t2）/0則水箱的熱損為：Q = n q A當(dāng)t1-t2 = 40 C時(shí)，10000L的容水量，皇明公司生產(chǎn)的水箱的熱損Q及24小時(shí) 內(nèi)溫降為：水箱尺寸（mm）拼裝單元數(shù)（塊）入/0qQ(W)24小時(shí)溫降（ C）3000X2500X2000370.2389.5351.54.7由上述數(shù)據(jù)可知，當(dāng)水箱內(nèi)熱水和環(huán)境溫差為40 C時(shí)，盛滿水的水箱24小時(shí)損 失的熱量?jī)H可導(dǎo)致150L熱水降溫4.7 C （

18、考慮的聚氨酯為拼裝安裝的，中間有間隙， 損失會(huì)有所加大，但是水箱放置在室內(nèi)，有墻體保溫A，所以一天的溫降不會(huì)超過6 C）。 4.2管道保溫為了取得更好的保溫效果，保溫措施采用一下方式：首先使用在管道外壁纏電熱帶（解凍帶），然后纏橡塑保溫材料，再在外面使用鍍鋅鐵 皮做外殼。可以有效的防止室外管道凍壞，并且抗老化效果更強(qiáng)，美觀。系統(tǒng)本身還帶 有防凍循環(huán)，電熱帶只是在停電再啟動(dòng)時(shí)使用。六、投標(biāo)人對(duì)本工程的建議1、系統(tǒng)用兩個(gè)儲(chǔ)水箱，目的其盡可能的減少輔助能源的使用，充分利用太陽能， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解到的情況，平常用水量是整個(gè)用水量的一半左右，每天的用水量為15噸 20噸，并且是24小時(shí)供應(yīng)熱水，故我們建議采用兩個(gè)水箱，一個(gè)作為恒溫水箱，另一 個(gè)作為集熱水箱，并且在日常用水量少的時(shí)候可以手動(dòng)控制采用一個(gè)水箱供水。2、根據(jù)實(shí)際測(cè)量的咨詢樓和監(jiān)理樓樓頂尺寸，樓頂可擺放集熱器面積不能把30噸 水加熱到所需溫度，僅能滿足部分用水，故我們建議把廢舊車庫