太陽能與空氣源熱泵熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)程畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 10 月 1 日起施行的《浙江省可再生能源開發(fā)利用促進條例》明確提出，太陽能、空氣能等非化石能源為可再生能源，需根據本省氣候特征和工程建設標準依法制定太陽能、空氣能等可再生能源建筑利用的地方標準。自條例發(fā)布以來，我省的太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)均得到快速發(fā)展。太陽能、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)與建筑一體化涵蓋了建筑設計、機械加工、電子控制、熱能工程等多個領域。一個工程的實施需要各個方面協(xié)調配合，即做到統(tǒng)一設計、施工、驗收。為使民用建筑太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)安全可靠、性能穩(wěn)定、節(jié)能高效、與建筑協(xié)調統(tǒng)一，規(guī)范太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的設計、安裝及驗收，促進以太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)為代表的綠色能源的廣泛應用，是本規(guī)程制定的目的。 本條規(guī)定了本規(guī)程的適用范圍。根據《浙江省綠色建筑條例》 ，規(guī)程中的民用建筑，是指居住建筑、國家機關辦公建筑和用于商業(yè)、服務業(yè)、教育、衛(wèi)生等其他用途的公共建筑，包括工業(yè)用地范圍內用于辦公、生活服務等用途的建筑。本規(guī)程從技術層面解決太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在民用建筑中應用并與建筑結合的問題。這些技術內容適用于各類民用建筑上新建的太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，既有民用建筑上增設或改造已安裝的太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)同樣適用于本規(guī)程。42 太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的組成部件在材料、技術要求以及系統(tǒng)設計、安裝、驗收等方面均有相關的產品標準，因此系統(tǒng)首先應符合這些標準的要求。太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在民用建筑上應用是綜合技術，其設計、安裝、驗收等涉及太陽能、熱泵及建筑行業(yè)，除符合現(xiàn)行的太陽能、熱泵系統(tǒng)方面的標準外，還應符合建筑工程方面的標準規(guī)定，如 《建筑給水排水設計規(guī)范》GB 5001 《建筑防雷設計規(guī)范》GB 5001 《 建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規(guī)范》GB50242 等相關標準，尤其是其中的強制性條文必須嚴格執(zhí)行。433 基本規(guī)定 本條規(guī)定了太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)類型選擇時應遵循的一些原則。太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)類型的選擇，是系統(tǒng)設計的重點內容，系統(tǒng)設計不僅需確定集熱器、儲水設施、水泵等的安裝位置，還需結合用戶使用、施工安裝和維護的要求，綜合氣候條件、能耗、安裝條件、等因素，比較系統(tǒng)的性能、造價、進行技術經濟分析。太陽能和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)應與使用所在地的太陽能資源、氣候特征相適應，在保證系統(tǒng)全年安全、穩(wěn)定運行的前提下，選擇的系統(tǒng)性價比最高。 太陽能是一種低密度不穩(wěn)定的分散性能源，不能全天候供給，無法像其他能源一樣按使用要求及時加熱。因此，太陽能熱水系統(tǒng)必須配備可靠的輔助能源。 地處長江中下游的浙江地區(qū)，屬于空氣源熱泵在冬季安全使用的臨界區(qū)域。如不設輔助加熱設備，可按如下方式選定熱泵：首先確定年平均水溫和冬季的水溫差值，冬季取 5℃，全年平均取 15℃，熱水溫度按 55℃設計，兩者的熱量差值應為：(555)/(5515)= 倍；而空氣源熱泵熱水系統(tǒng)全年平均的 COP 值取 ，冬季取 ，兩者的配置差值為 。考慮兩因素影響重疊的話，額定輸入功率的差值約為 倍。如熱泵按年平均環(huán)境溫度和水溫條件的參數進行熱泵輸入功率計算時，熱泵工作時間取 8h，則按冬季最冷月44條件校核，熱泵的工作時間需延長至 小時（上限為 20 小時） ，滿足要求；若按冬季最冷月條件校核，熱泵工作時間超過 20 小時，則需配置輔助能源加熱設備。 本條為強制性條文。因鋼質固定支架長年暴露在日曬雨淋的環(huán)境中，一旦維護不善，極可能在臺風等災害天氣的觸發(fā)下發(fā)生支架垮塌，圓形水箱沿坡屋面滾落造成嚴重的安全事故，國內已發(fā)生多起類似案列。若多層和高層建筑的坡屋面上發(fā)生水箱墜落事故，則危害更大。故將整體式太陽能熱水器通過固定支架擱置在坡屋面上存在較大的安全隱患。而僅將集熱器擱置在屋面上，重量相對較輕，滑落的可能性和危害性相對較小，但需注意集熱器的支架仍應與屋面結構設計配合，確保承重和連接符合安全要求。此外，坡屋面上設置的整體（背包）式太陽能熱水系統(tǒng)，水箱往往明露設置，對建筑屋面景觀影響較大。目前技術的發(fā)展完全有條件采用非承壓式自然循環(huán)系統(tǒng)、非承壓式強制循環(huán)系統(tǒng)以及承壓式強制循環(huán)系統(tǒng)予以替代，通過設計將水箱隱藏設置。另《浙江省綠色建筑條例》第三十一條明確規(guī)定“可再生能源利用設施應當與建筑主體一體化設計，同步施工、同步驗收”；“ 新建民用建筑安裝太陽能光熱系統(tǒng)或者分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的，集熱器、光伏板應當與建筑外觀、形態(tài)相協(xié)調。 ”浙江省 2022 年 3 月 1 日起施行的《關于進一步加強可再生能源建筑一體化應用工作的通知》,進一規(guī)定了設置在坡屋面、平屋面上的要求：即設置在坡屋面的水箱等無接受太陽輻射要求的設施設備應當隱藏設置，集熱器應當與坡45屋面進行一體化設置；設置在平屋面的，應當利用女兒墻等建筑構件進行適當圍擋。因此，坡屋面上安裝的太陽能熱水系統(tǒng)，應采用水箱與集熱器分離的分離式系統(tǒng)，可以根據使用條件選擇是否承壓和強制循環(huán)。安裝在瓦屋面上的集熱器應與屋面平行，可架空或鑲嵌安裝，架空安裝時集熱器上表面與瓦屋面的距離不應超過200mm。 本條引自國家標準《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范》GB50364 相關條文。464 系統(tǒng)分類與選擇 系統(tǒng)的分類 安裝在民用建筑的太陽能熱水系統(tǒng)，若按集熱與儲熱的集中程度分類，可分為分散集熱、分散儲熱，集中集熱、分散儲熱和集中集熱、集中儲熱等三大類。分散集熱、分散儲熱的分散式太陽能熱水系統(tǒng)，指采用分散的太陽能集熱器和分散的儲熱水箱（罐）供給各個用戶所需熱水的小型系統(tǒng)，也就是通常所說的家用太陽能熱水器；集中集熱、分散儲熱的半集中式太陽能熱水系統(tǒng)，指采用集中的太陽能集熱器和分散的儲熱水箱（罐）供給一幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)；集中集熱、集中儲熱的集中式太陽能熱水系統(tǒng)，指采用集中的太陽能集熱器和集中的儲熱水箱（罐）供給一幢或幾幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)。分散式、半集中式、集中式三種太陽能熱水系統(tǒng)各有利弊。太陽能熱水系統(tǒng)發(fā)展到目前為止，絕大多數系統(tǒng)仍然是各用戶獨立的分散式太陽能熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)原理簡單，安裝、維護、使用時互不干擾。但因其分散，會造成太陽能熱水系統(tǒng)對太陽能光熱資源的利用不充分，即在同一單元中會出現(xiàn)有些家庭儲熱水箱（罐）中的熱水因長時間不用而閑置冷卻，而另一些家庭卻因熱量47不夠用而不得不采用輔助能源強行加熱，造成能源消耗增大。造成以上現(xiàn)象的主要原因是太陽熱能的可利用時段及熱水生產量與使用量之間存在巨大的差異，差異的平衡可以采用調節(jié)元件（如儲熱水箱（罐） ）予以解決，也可利用規(guī)模的適當擴大以調節(jié)使用上的隨機不平衡。集中式的太陽能熱水系統(tǒng)可以克服分散式系統(tǒng)的缺點，并且能使公共部位的管路減少到每組二到三根，運行效果提高，同時系統(tǒng)可采用保溫循環(huán)等措施使無效冷水減少到最少程度，是太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展方向。但與分散式系統(tǒng)相比，集中式系統(tǒng)在運行中需要專業(yè)管理、維護，使用維護成本較高。集中集熱、分散儲熱的半集中式太陽能熱水系統(tǒng)，管路相對較少，且由于輔助加熱和儲熱單元都在各戶室內，管理和維護較簡單。但該系統(tǒng)存在戶內儲熱水箱（罐）熱量反流到管網中的可能，必須采取可靠的控制裝置防止熱量反流的發(fā)生。此外該系統(tǒng)還存在各戶吸收的熱能不均的問題。 太陽能熱水系統(tǒng)按系統(tǒng)集熱運行方式分類，可分為：自然循環(huán)系統(tǒng)、強制循環(huán)系統(tǒng)和直流式系統(tǒng)等三類。自然循環(huán)系統(tǒng)是僅利用傳熱工質內部的溫度梯度產生的密度差進行循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。在自然循環(huán)系統(tǒng)中，為了保證必要的熱虹吸壓頭，儲熱水箱（罐）的下循環(huán)管口應高于集熱器的上循環(huán)管口。自然循環(huán)系統(tǒng)也可稱為熱虹吸系統(tǒng)。強制循環(huán)系統(tǒng)是利用機械設備等外部動力迫使傳熱工質通過集48熱器（或換熱器）進行循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。強制循環(huán)系統(tǒng)運行可采用溫差控制、光電控制及定時器控制等方式。強制循環(huán)系統(tǒng)也可稱為機械循環(huán)系統(tǒng)。直流式系統(tǒng)是傳熱工質（水）一次經過集熱器加熱后，進入儲熱水箱（罐）或用熱水處的非循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)。直流式系統(tǒng)可采用非電控的溫控閥控制方式或電控的溫控器控制方式。直流式系統(tǒng)也可稱為定溫放水系統(tǒng)。實際工程中，某些太陽能熱水系統(tǒng)是一種復合系統(tǒng)，即是上述幾種方式組合在一起的系統(tǒng)，例如由強制循環(huán)與定溫放水組合而成的復合系統(tǒng)。 直接加熱和間接加熱兩種系統(tǒng)有各自不同的適用場合。間接加熱系統(tǒng)由傳熱工質集熱并通過熱交換設施將熱量傳遞給被加熱的生活熱水。因采用間接加熱方式，一次傳熱工質可以采用防凍液防止寒冷季節(jié)管道凍裂，同時由于傳熱工質的硬度易于控制，可以有效地防止結垢。此外，一次熱媒集熱管道的口徑可以相對較細，使得集熱管內溫升較快，啟動迅速。但由于采用間接加熱，系統(tǒng)存在一定的熱交換損失。因此，間接加熱系統(tǒng)適合于冬季較寒冷、水質較硬（原水總硬度大于 150mg/L）的區(qū)域。在冬季較溫暖又普遍使用地面水作為水源、水質較軟（原水總硬度不大于 150mg/L）的區(qū)域，可以采用直接加熱系統(tǒng)。 系統(tǒng)選擇49 在實際工程中，可對太陽能及空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的各種分類進行合理組合，選擇最適合于工程實際的太陽能、空氣源熱泵或其他能源（如余熱廢熱、生物質能、燃氣、電等）輔助的太陽能或空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。別墅及排屋類住宅上下層均屬同一戶，不存在公共管線敷設在套內空間的問題，且一般采用市政水壓直供或者變頻加壓供水的別墅區(qū)，在頂層余壓較高，供水水壓條件較好。若采用非承壓的整體式熱水器，頂層的冷熱水壓力難以平衡，而采用分離承壓式熱水器可以使頂層不失壓，甚至可以通過設計將家庭的保溫循環(huán)管與集熱循環(huán)管綜合考慮，有利于節(jié)材、節(jié)能、節(jié)水。另一方面，別墅的外立面要求較高，整體式太陽能熱水器與屋面相結合的處理相對比較困難。雖然分離承壓式熱水器價格相對昂貴，但對于屬高檔房產的別墅及排屋類住宅而言是相適宜的。在安裝形式與建筑一體化結合較好的情況下（屋檐、閣樓隱藏水箱等場合） ，也可采用分離承壓式自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)熱水出水采用頂水式，熱水供水壓力與自來水供水壓力相同。故系統(tǒng)在滿足用戶熱水舒適性的同時，又可避免強制循環(huán)水泵產生的噪聲。別墅排屋類住宅中也可以采用承壓式家用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)或空氣源熱泵輔助的太陽能熱水系統(tǒng)。在安裝空氣源熱泵熱水機組時，應避免室外出風口氣流短路，另應避免多臺室外機吹出氣流相互干擾。在多層民用建筑中，分散式、半集中式、集中式三種太陽能熱50水系統(tǒng)應根據不同的場合合理選用。分散式太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)點是運行、控制分散獨立，互不干擾，缺點是垂直管線較多，布置困難，頂層和底層用戶分別存在冷、熱水壓力不平衡及無效冷水較多的問題。該系統(tǒng)可用于樓層數較少、垂直管線較短且易布置的多層民用建筑。以單元或單棟建筑為系統(tǒng)規(guī)模的集中式系統(tǒng)和半集中式系統(tǒng)更適宜于在太陽能熱水系統(tǒng)中的應用。首先，要使太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化普及并推廣，關鍵點是利用各幢建筑的屋面資源，合理布置太陽能集熱器。因此集熱器的布置必定是各單元各棟分散的，這就決定了以單元或單棟建筑為系統(tǒng)規(guī)模的集中式系統(tǒng)和半集中式系統(tǒng)是一種合理的選擇。集中式、半集中式太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點是集中管理，運行易于控制，系統(tǒng)較大，同時使用系數變小更易于發(fā)揮系統(tǒng)的調節(jié)能力，設備總容量的配置可大大縮小。但系統(tǒng)規(guī)模不宜過大，規(guī)模過大，尤其循環(huán)供回水管路太長，會使系統(tǒng)的供回水均衡性難度加大，管網熱損失也增加。太陽能熱水系統(tǒng)的規(guī)模大小應通過嚴格的技術經濟比較得出。建議以單元或一棟建筑為單位設計獨立的集中式、半集中式太陽能熱水系統(tǒng)。以小區(qū)或建筑組團為系統(tǒng)規(guī)模的大型集中式太陽能熱水系統(tǒng)由于管線總長度較長（尤其是室外埋地管線） ，熱損失總量相對較大；同時集熱器要求集中布置，難度較大。一般只適宜在有其他可靠的廉價熱源的場合，太陽熱能只是作為一種季節(jié)性補充。51對于屋面資源不足的高層建筑，太陽能不能滿足整棟建筑熱水系統(tǒng)要求時，可采用分段解決方式。高層建筑上部日照條件較好，仍可采用分散式、半集中式、集中式太陽能熱水系統(tǒng)，下部建議采用分散式的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)或者陽臺欄板式、壁掛式系統(tǒng)，采用陽臺欄板式、壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)時，應保證集熱器能充分地采集陽光，同時不提倡在日照時數不足的屋面和墻面安裝太陽能集熱板，這樣會使系統(tǒng)的技術經濟性能降低。當高層建筑要求熱水系統(tǒng)需統(tǒng)一時，可采用半集中式、集中式太陽能熱水系統(tǒng)或家用型空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。以住宅建筑為例，一般要求空氣源熱泵熱水機組的儲水容積不小于 40 升/人，輸入功率不小于（不包括輔助加熱的配電功率）。按照全年平均水溫計算（進水水溫按 15℃計，出水水溫按 60℃計） ，年人均日用水量 40 升熱水所需要的熱量為。系統(tǒng)的平均能效比 ，考慮到住宅熱水用水的集中性，每人所需熱水的加熱時間不宜超過 小時，因此熱泵的輸入功率不宜小于 。同時住宅建筑應根據產品的特點并結合相關規(guī)范要求合理配置空氣源熱泵水泵機組的輸入功率和水箱容積。 本條主要針對分散式太陽能熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)的管道布置是太陽能熱水系統(tǒng)應用的一個瓶頸。按常規(guī)的分離承壓式系統(tǒng)計算，每戶 2 根，則一個最常見的六層一梯兩戶的住宅單元，總共 12 戶，在公共部位最密集處應有 24 根管線，布置困難，占地較大。有些廠商為縮小安裝位置，采取捆扎式集合布置的方式，甚至在塑料管體系52中采用集中發(fā)泡的形式保溫，這給以后的管道維修更帶來了麻煩，不符合建筑給水排水管道布置的基本原則，因此提出了本條的要求。 集中集熱、分散儲熱的半集中式太陽能熱水系統(tǒng)，采用間接加熱的形式在管理上比較方便，而且總管線較少，優(yōu)點比較突出。但要求有可靠的技術措施防止儲