太陽能熱水器系統(tǒng)工程設計培訓(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 膨脹。因此應考慮水的體積膨脹量對儲熱水箱容量的影響 。一般在 5%以內。 儲熱水箱的循環(huán)回流水量 VH 對于常壓系統(tǒng) ， 當循環(huán)水泵停止后 ， 回水管道內的水要回流到水箱里；對于回流防凍的系統(tǒng) ， 當循環(huán)水泵停止后 ， 集熱器和管道內的水都要回流到水箱里來 。 因此必須考慮系統(tǒng)的回流水量 。 以確保停泵后不發(fā)生儲熱水箱溢流的問題 。 貯水箱設計 貯水箱形狀確定 貯水箱的結構形狀應根據(jù)其容量大小 、 結構的合理性 、 現(xiàn)場放置的位置 、 水箱制作的難易等因素來確定 。 儲熱水箱應選擇體面比最小的形狀 。 這樣既能減小散熱面積 ， 還可節(jié)省水箱制作的材料 。 圓球形狀的水箱體面比最小 ， 但制作困難 。 因此儲熱水箱的形狀一般都選擇圓柱形或方形 對于圓柱形水箱 ， 當高度等于直徑時 ， 表面積最小 。 如果圓柱形水箱高度過高 ， 一般將水箱臥放 。 要求水箱承壓的系統(tǒng) ， 圓柱形水箱的兩個端蓋應采用球形端蓋 ， 材料厚度應加厚 ， 制作完成后 ， 應按要求作耐壓試驗 。 對于方形水箱，當長、寬、高相等時，體面最小。方形水箱不承壓，不易設計的太高。在高度相同的的條件下，長度與寬度相等時，體面比最小。方形水箱可以現(xiàn)場制作，運輸方便。方形水箱的承壓能力差，需要在水箱內部或外部加拉筋。方形水箱只能用于不承壓的系統(tǒng)中。 貯水箱設計 貯水箱的材料 鋼板水箱 搪瓷水箱 不銹鋼水箱 玻璃鋼預制水箱 水泥預制水箱。 塑料水箱 由于貯水箱儲存的是熱水，不宜采用耐溫性能差的水箱。 如塑料水箱等 貯水箱設計 貯水箱的開口位置與尺寸（ 1） 檢修人孔： 大于 3m3的水箱應留檢修人孔，以備將來檢修時用。人孔的尺寸不應小于 400 400mm2，圓形人孔的直徑不應小于 400mm。 通氣孔 ：常壓水箱應留有通氣孔，以避免形成負壓，使水箱受損，并使下水通暢 排污口： 排污口應留在水箱最低的位置，以利于排污。排污口的尺寸不應小于 25mm。 溢流口： 開式常壓系統(tǒng)的水箱應留有溢流口，應不小于進水口，且最小不應小于 25mm 貯水箱設計 貯水箱的開口位置與尺寸（ 2） 用熱水口： a)對于承壓水箱，用熱水口應位于水箱的頂部； b)對于頂水使用的開式水箱，用熱水口應位于水箱的中上部，且不能低于上循環(huán)口； c）對于落水使用的開式水箱，用熱水口應位于水箱的底部，但應不低于排污口； d)對于底部帶有電加熱管的水箱，用熱水口應高于電加熱管的位置，以確保電加熱管始終浸沒在水中，防止電熱管無水干燒。 用熱水口的尺寸應根據(jù)熱水流量大小來確定，一般承壓系統(tǒng)不應大于 1m/s；常壓系統(tǒng)不應大于 。 貯水箱設計 貯水箱的開口位置與尺寸（ 3） 上、下循環(huán)口： 下循環(huán)口位于水箱的底部，但應不低于排污口，不高于用熱水口。 上循環(huán)口位于水箱的中上部，不高于用熱水口。對于頂水使用的承壓水箱，上循環(huán)口應在水箱的中下部，但無論何種系統(tǒng)，上循環(huán)口都應高于下循環(huán)口。 上、下循環(huán)口的尺寸也應根據(jù)單位時間的流量大小來確定，一般不應大于 1m/s。 其它開口： 有些系統(tǒng)還需預留測量水溫、水位、壓力的開口。帶有輔助加熱的系統(tǒng)還需留有輔助加熱系統(tǒng)所需要的各種開口，設計者應根據(jù)系統(tǒng)要求合理設計。 貯水箱設計 貯水箱的開口位置與尺寸（ 4） 在滿足以上要求的前提下 ， 水箱的開口位置還應盡量注意消除死水區(qū) ， 或者盡量減少死水區(qū) 。 但為了防止頂水使用時冷水供應不上 ， 造成熱水斷流的問題 ， 有意在水箱出熱水口上部留出一部分熱水高度 ， 當冷水供應不上時 ，起緩沖作用 。 流水區(qū)死水區(qū)死水區(qū)流水區(qū)貯水箱設計 貯水箱進出水管的布置 當水箱進出水口處流速 、 溫差過大時 ， 容易造成水箱混水 。 對于需要水箱水溫分層的儲熱水箱 ， 如頂水使用的儲熱水箱 ， 應降低管口流速 。在設計水箱進 、 出水口處水管的布置時 ， 下循環(huán)管口流出的為低溫水 ，其在水箱內的開口方向應水平或向下；上循環(huán)口流進水箱的水為高溫水 ， 其在水箱內的開口方向應水平或向上；冷水補水進口的開口方向應水平或向下 。 以上措施 ， 可以有效降低進出水管處造成的混水問題 。 對于自然循環(huán)系統(tǒng) ， 下循環(huán)口兼有下循環(huán)管的自動排氣功能 ， 因此 ，其在水箱內的開口方向應水平 ， 不能向下 ， 否則將造成下循環(huán)管無法自動排氣而使系統(tǒng)無法自動循環(huán) 。 對于落水使用的循環(huán)系統(tǒng) ， 設計時 ， 有意將上循環(huán)管口向下開口 ， 有時甚至將上循環(huán)口向下延伸至水箱的下部 ， 有意使水箱混流 ， 以減輕水箱的溫度分層 。 對于直流式定溫放水系統(tǒng) ， 設計時也有意將從集熱器進入水箱的熱水管延伸至水箱的下部 ， 以達到混合水箱水溫的作用 。 輔助熱源選擇與設計 輔助熱源種類的選擇 輔助熱源一般應具有可靠、穩(wěn)定、隨時可以供給等特點 燃氣（天燃氣 /煤氣 /石油液化氣 /沼氣等） 燃油 （煤油 /柴油） 電能 蒸汽 暖氣 熱泵 輔助熱源選擇與設計 輔助熱源功率的確定原則 輔助加熱系統(tǒng)的目的是當陰雨天或太陽能不足時 ， 由輔助加熱系統(tǒng)提供所需的熱能 。因此 ， 應按能滿足最不利情況下的熱能供應來確定輔助加熱設備的功率 。 對于太陽熱水系統(tǒng)來說 ， 太陽能完全不起作用的情況就是最不利的情況 。 因此 ， 輔助加熱設備功率的確定應根據(jù)太陽能完全不起作用時 ， 全部靠輔助加熱設備來滿足用戶所需的熱能來計算確定 。 系統(tǒng)整體布局的原則與方法 布局原則 布局設計 ， 應從多方面綜合考慮 ， 使系統(tǒng)緊湊合理 、 可靠實用 、 美觀協(xié)調 、 維護方便 。 系統(tǒng)整體布局的原則與方法 布局形式（ 1） 前后布局 一般情況下 ， 集熱器在前面 ， 水箱在后面 ， 以避免水箱遮光 。 但當前面有較高的遮光物時 ， 可將水箱放在前面 ， 集熱器后置 ， 加大集熱器與前面高遮擋物的距離 。 左右布局 水箱可以在左邊 ， 也可以在右邊 ， 主要根據(jù)承重 、 管路短近等因素確定 。 水箱集熱器陣列 集熱器陣列集熱器陣列集熱器陣列集熱器陣列水箱集熱器陣列系統(tǒng)整體布局的原則與方法 布局形式（ 2） 左中右布局 水箱在中間，集熱器圍繞水箱前后左右排列。這種布局可以很方便的共用一個水箱做成幾個并聯(lián)的自然循環(huán)系統(tǒng) 上下布局 水箱和集熱器上下放置 。 如水箱放在地面或低處 。 集熱器陣列水箱集熱器陣列集熱器陣列集熱器陣列 水箱集熱器系統(tǒng)整體布局的原則與方法 布局選擇原則 布局形式的選擇 ， 主要應根據(jù)現(xiàn)場地形確定 ， 并考慮以下幾點 。 （ 1） 水箱承重 在系統(tǒng)布局中 ， 首先需要考慮水箱的位置 。 因為 ， 水箱是太陽熱水系統(tǒng)最重的負載 ， 因此 ， 水箱的放置位置應考慮該位置的承載能力能否能滿足水箱裝滿水后的承重需求 。 （ 2） 集熱器擺放 應盡量使集熱器集中在一片位置擺放 ， 這樣便于布局 ， 系統(tǒng)比較整潔 、 緊湊 ，管路距離也比較短 ， 。 （ 3） 系統(tǒng)各部分的距離 系統(tǒng)布局應盡量使集熱器距水箱的距離 、 水箱距用熱水點的距離 、 冷水供水點距集熱器和水箱的距離相距較近 ， 以減少管路過長造成的熱損失 ，并減少安裝用料 ， 降低工程成本 。 （ 4） 協(xié)調性與方便性 系統(tǒng)整體應協(xié)調、可靠、美觀，施工和維護管理應方便。 太陽集熱器陣列 太陽集熱器間的連接 并聯(lián)連接 串聯(lián)連接 并串聯(lián)連接 太陽集熱器陣列 排與排之間的連接（ 1） 并聯(lián)連接 無論是平板集熱器還是真空管集熱器，一般情況下，集熱器排與集熱器排之間的連接多采用此種連接方式 太陽集熱器陣列 排與排之間的連接（ 2） 串聯(lián)連接 當集熱器只有兩排 ， 且每排集熱器的數(shù)量不太多時 ， 可采用此種連接方式 。 太陽集熱器陣列 排與排之間的連接（ 3） ? 串并聯(lián)連接 ? 當集熱器數(shù)量超過兩排時，在每排集熱器的數(shù)量不太多時，為了管道連接的方便，有時會采用此種連接方式 太陽集熱器陣列 前后排間距 前后排集熱器之間應留有一定的距離，以避免前排集熱器影響后排集熱器的采光 當春夏秋季使用時，只要保證春分、秋分日前后排不遮擋，其它時間就不會遮擋 當全年使用時，只要保證冬至日（此時）前后排不遮擋，其它時間就不會遮擋。 一般情況下都要求在當?shù)卣鐣r刻，前后排不發(fā)生遮擋 正午時， h= 90(Ф – δ ) OB=OC=OA ctg h= OA tg (Ф – δ ) AB COh r系統(tǒng)管路選擇與設計 常用管材種類（ 1） 鋼管 ① 無縫鋼管 分為熱軋管和冷拔管兩種，廣泛用于壓力較高的管道，如高壓供熱系統(tǒng)和高層建筑的冷、熱水管。以外徑 壁厚表示。 ② 有縫鋼管 焊接鋼管通常稱為有縫鋼管（水煤氣管）。 壁厚不同，分為普通管和加厚管兩種，普通鋼管的工作壓力不大于 1MPa,加厚鋼管的工作壓力不大于 。 以公稱直徑 DN表示 。 將有縫鋼管鍍鋅處理后，其抗腐能力提高，內壁不易生銹，可以保護水質。鍍鋅鋼管常用于生活飲用水管道及熱水供應系統(tǒng)。 ③ 鑄鐵管 耐腐蝕性強，但質脆，承壓能力低。分為給水鑄鐵管和排水鑄鐵管。其規(guī)格以公稱直徑表示，分低壓、普壓、高壓三種。 系統(tǒng)管路選擇與設計 常用管材選擇（ 2） 新型管材 ① 聚氯乙烯 (PVC)和硬聚氯乙烯 (UPVC)管材 具有良好的耐老化和耐化學腐蝕性能 ， 可在 15～ 60℃ 之間使用 30～ 50年 。 目前主要用于建筑給水 、 排水 、 落水 、 排污 、 穿線 、 通風等方面 。 ② 聚乙烯 (PE)和高密度聚乙烯 (HDPE)管材 可耐多種化學介質侵蝕的管材 ， 據(jù)有良好的撓性 ， 可以盤卷 ， 具有良好的耐沖擊強度 。 主要用于輸送水 、 可燃性氣體 、 腐蝕性流體等 。 ③ 交聯(lián)聚乙烯 （ PEX） 和聚丁烯 （ PB） 管材 PEX和 PB管材完全無毒 ， 使用溫度范圍最寬 ， 為 70～ 110℃ ， 可輸送 90℃ 左右的熱水 ， 長期使用溫度為 95℃ 。 PEX管材一般只有小口徑管 (2063mm)， 熱膨脹系數(shù)較大 ， 采用金屬管件受壓連接 ， 其配件成本較高 ， 連接時問題較多 。 PB管材適合制作小口徑受壓管 ， 安裝時可以熔焊與壓接相結合 ， 連接牢固 。 PEX和 PB管材可作為包括飲用水和熱水在內的各類流體 。 PEX比 PB管材價格低 30～ 50%。 ④ 無規(guī)共聚聚丙烯 （ PPR） 管材 具有耐壓、保溫等優(yōu)點，長期使用溫度為 70℃ ，比較適合溫水輸送。它可以采用熔接方式連接，連接可靠，其廢料還可再利用，是名副其實的綠色建材 系統(tǒng)管路選擇與設計 常用管材種類（ 3） 新型管材 ⑤ 鋁塑復合管 （ PAP） 有兩種類型，一種是采用 HDPE的 PAP管材， 只能用于低溫介質的輸送；另一種是采用 PEX的 PAP管材，氣密性好，耐壓較高，耐爆破應力大，熱膨脹系數(shù)小，抗靜電，使用壽命長，可輸送包括飲用水和熱水在內的各種流體，可在 95℃ 高溫和小于 1MPa壓力的條件下長期工作。 PAP管的缺點是管材連接不能用熱熔連接和膠粘接，只能用專用銅制管件，廢品不能回收再用 ⑥ ABS管材 由丙烯腈 、 丁二烯 、 苯乙烯組成的共聚物或共混物 。 它是通用塑料中強度和韌性較好的一種 。 在 40～ 100℃ 范圍內能保持韌性和剛度 。 但它的耐候性較差 。 系統(tǒng)管路選擇與設計 常用管材種類（ 2） 新型管材 ⑦ 銅管和塑覆銅管 隨著人們對飲用水衛(wèi)生性能要求的愈來愈高 ， 銅管和塑覆銅管在城市的高層 、 超高層以及中高檔商品房中大量使用 。 塑覆銅管一般是用含銅量 %的無縫 T2紫銅管為基體 ， 外壁覆上具有特殊造型的聚乙烯為主體及其它多種添加劑的保溫層 ， 經物理和化學反應相結合而成的的新一代供水管材 ， 特別適合用做熱水管 。 ⑧ 薄壁不銹鋼管和不銹鋼保溫管 薄壁不銹鋼管是厚度為 ～ 15～50mm的給水管 ， 通過管壁薄壁化 ， 可大大降低管材的成本 。不銹鋼管強度高 ， 耐壓 、 耐高溫 ， 使用壽命長 ， 適用范圍廣 ，可廣泛用于建筑的冷 、 熱水供水系統(tǒng) 系統(tǒng)管路選擇與設計 常用管材選擇 GBJ1588《 建筑給水排水設計規(guī)范 》 （ 1997版 ） 對管材的選用作了如下規(guī)定： 對于洗浴熱水供應系統(tǒng) ， 熱水管管徑小于及等于 150mm時 ，