、基本情况一居民小区，共十个单元，每单元楼房占地面积约：18*100m2，共六层每层可 住8户人家。二、设计要求1、系统产水量：以每户每天平均用水45 -150L量设计。2、晴天以太阳加热为主，阴天以电辅助加热为主。3、用水方式：全天候24小时供应热水。昆明纬度25.01经度102.41海拔高度1892.4表 1 昆明市环境条件集热上循环管 T2阀去、T丿丿回水管路岳阀 3rrrrrr集热下循环管泵恒温混水器hM1来I ”泵:I- -J储热水箱/T4 二二二丁匚二二Ar控制开关辅助热控制月份123456月平均室外气温8.19.913.216.61919.9水平面月平均日太阳总福照度13.32215.92818.36819.42317.65514.565月日照小时数231.5227.2264252.8219.6140.2月份789101112月平均室外气温19.819.417.815.411.68.2水平面月平均日太阳总福照度13.57114.68112.95011.63411.59011.884月日照小时数128.4149.5127.8149175.7208.6昆明纬度25.01经度102.41海拔高度1892.4三、热水系统方案的选择图 1 太阳能储能平板集热器热水系统系统工作方式：1. 定温上水：集热器出口温度T2达到50匚时，电磁阀1开启，自来水通过集 热器下循环管将水顶入集热水箱中，T2温度降至4宁匚时，电磁阀1关闭；，2. 当检测到集热水箱中的水达到水位上限时，控制器控制阀 2开启，集热水箱 中的水被排入储热水箱中；3. 温差循环：集热器出口温度T2比储热水箱中温度T4高出10匚时，温差循环 泵 1 启动，储热水箱内的水将集热器中的水顶入集热水箱中，集热水箱中的 水满后放入储热水箱中，直至T4比T2高于2匚时，温差循环泵1停止工作， 系统完成温差循环集热；4. 系统在太阳能集热状态下执行温控上水和温差循环功能，在辅助加热状态下 执行箱温上水和温控、时控加热功能；5. 箱温上水：首先电磁阀 2开启，集热水箱放空至储热水箱中，同时系统检测 储热水箱水温，若T4高于50：匚，电磁阀1开启，系统通过集热场上水至储 热水箱，直至储热水箱水位满止，若储热水箱中T4低于45：匚，启动空气源 热泵进行辅助电加热。6. 温控加热：系统根据储热水箱温度自控加热，T4温度低于45匚时，辅助电加 热启动后，空气源热泵加热储水箱中的水，直至T4达到50匚停止加热。7. 防冻保护：冬季如果环境温度低于4匚时，电磁阀4开启，集热系统中的水 全部回流至储热水箱中，防止集热系统因温度过低而损坏。8. 即热用水：热水循环管路水温低于38匚时，电磁阀3开启，启动变频泵2，储热水箱中的热水循环至管路中，延时8分钟后电磁阀3 关闭，淋浴末端用 水即热。四、集热器4.1 集热器类型的确定据建国以来的气象资料统计，昆明年均气温 14.5C，最热月（7月）平均气温19.7C，最冷月(1月)平均气温7.5C，年温差1213C。一月份日最低气温不 会低于0 度，可以选着平板型集热器，首先，在日平均效率方面，平板型太阳能 集热器要优于真空管太阳能集热器。目前，平板型太阳能集热器热效率一般为 60%，而真空管太阳能集热器的热效率一般为 50%。集热器内的水温处于 50C 以下时，平板型集热器的瞬时热效率大于真空管集热器。而普通太阳能集热器的 温度一般为中温或低温，所以普通的太阳能集热器在运行时，平板型集热器的瞬 时效率要高于真空管集热器。故选择平板型集热器。4.2 平板集热器面积的确定根据GBT 18713-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范A1 直接系统的集热器总面积：集热器采光面积可根据用户的每日用水量和用水温度确定，按式(A1)估算：月 _ 0帖&琢(上州4 珀) f人 JU- J)式中：AC直接系统集热器采光面积，m2QW日均用水量，kg；CW水的定压比热容，kJ/ (kg C)；储水箱内水的终止温度，C；ti水的初始温度，C；JT当地春分或秋分所在月集热器受热面上月均日辐照量，kJ/m2；f太阳能保证率，无量纲； 根据系统使用期内的太阳辐照，系统经济性及用户要求等因数综合考虑确定，宜 为 30%80%；n cd集热器全日集热效率，无量纲；根据经验值取 0.400.55,。n L管路及储水箱热损失率，无量纲；根据经验值取 0.20.25。日均用水量： QW =150kg*8*6=7200kg；水的定压比热容：CW = 4.2kJ/(kg C)；储水箱内的水的终止温度：=口G自来水温度： =15：匚；昆明地区集热器采光面上的年平均日辐照量查表可得：JT =14.63二：103kJ/m2； 太阳能保证率： f=70%；平板集热器平均集热效率：n cd =50%；管路及储水箱热损失率：n L =25%将以上值带入（A1）公式中可得系统集热器的采光面积：Ac=135.0m2每个平板集热器的面积S=2m2；所需集热器的个数： n = t = iT=68（；4.3 集热器定位图 2 集热器安装示意图4.3.1 集热器定向集热器摆放面为正南方位。4.3.2集热器安装倾角根据昆明气候条件，月平均日辐照量及GBT 18713-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范等综合考虑，集热器的安装倾角设为30。集热器安装的垂直高度：H=2 =汇=1m4.3.3 集热器排列间距昆明地区维度：二=25：12 月份平均赤维角：S = 23.45sinf360 X2S4+n将r. = 55即为12月10日带入上式得：込=-二时角心：以当地中午12点算：=2:昆明地区 12月份9点钟的太阳高度角：sina = s incps inS + cos(pcosScos(jj=0.669：=42：为了避免遮挡，集热器距离遮光物的距离：2 = H u：.二；=1d：d： =l.llm 取 D=1.2m4.3.5 集热器阵列 共需135个平板型集热器，每排并联集热器数10个，共需14排。五、水箱设计5.1 水箱容积的确定对于太阳能热水系统，由于太阳能资源的不确定及不稳定性，为满足用户 24 小时用水要求，根据实际情况，考虑储热水箱水量、太阳集热功率和用户用 水量之间的关系，太阳能热水系统宜设计为集热水箱和储热水箱组合式系统。该系统水箱有效容积应为7.21,故将储热水箱容积设计为8t,集热水箱容 积设计为2t,自来水中的水进过集热器被加热到一定温度后，先进入集热水箱, 当集热水箱中的水储存满后，再由循环泵送入储热水箱(罐)中以供用户使用,辅 助热源与储热水箱连接,太阳辐照量不足的情况下,系统控制供热水箱中的辅助 热源对储热水箱中的水加热。5.2 水箱形状的设计5.21 集热水箱的设计集热水箱设计公式H；集热水箱半径：R=0.63m集热水箱高度： H=1.75m集热水箱容积：V =-二卫：1 7 5=2.0m35.22 储热水箱容积设计储热水箱设计公式:丁 =h；储热水箱半径： R=1.01m储热水箱高度： H=2.35m储热水箱容积：V=- =-T/5.3 水箱材料的选择集热水箱：内胆：采用进口 SUS304 食品级不锈钢 0.6mm 板材，亚弧焊接而成，外皮：为0.4mmSUS202彩钢板装饰，保温层：50mm厚聚氨酯发泡保温。储热水箱：内胆：采用进口 SUS304 食品级不锈钢 0.8mm 板材，亚弧焊接而成，外皮：为0.6mm SUS202彩钢板装饰，中间层：50mm厚聚氨酯发泡保温。5.4 水箱位置的选择集热水箱放置在有足够承载能力的房顶梁柱上，于集热器同一高程，设置有 上下水管和紧急排水通道，水箱与地面间做防水处理。储热水箱与辅助热源、控制系统一起设置在楼层的底部。六、辅助热源加热系统设计6.1 辅助能源的选择太阳能热水系统的辅助能源加热系统有多种形式，实际设计中应根据用户的 实际情况，操控方便性综合考虑。目前常见的辅助能源加热形式有：内置式电加 热器、电锅炉、燃气锅炉、热泵、燃油锅炉和燃煤炉。由于燃煤锅炉和燃油锅炉会产生较大的污染，对小区的环境造成很大的影响， 下面我们只对内置式电加热器、热泵、天燃气锅炉等三中形式的辅助热源的经济 效益、安全及操控方便性进行综合分析，从而选择合理的辅助热源方案。表 2 辅助热源经济分析辅助加热方式内置式电加热器燃气锅炉空气源热泵能源种类电天然气电安全指数较危险危险安全实际热值817 千卡/kw h6450 千卡/m33870千卡/kwh燃料价格0.6 元/kw h3.5 元/ m30.6 元/kw h日消耗燃料1107kw h140 m3233 kw h日运行费用664491140年能源费用6059044803.71277510年热泵节约费用478150320287注：制热工作状况为：进水温度15C，出水温度45C以上。表中每天用水量为7.2吨， 热水温度为45C、升温30C为例计算，燃料价格按市场价为参考，电费0.6元/度；太阳能 按每年 25%阴雨天气进行辅助能源加热计算。6.2 辅助热泵功率辅助能源加热系统的功率单位一般为kW,单位时间转换的能量为kW二根据能量守恒定律我们可以得到如下计算公式；3600PTr| = CpYnAtmAt P = 0.001163式中P辅助能源加热系统的功率，kW；T辅助能源加热系统的工作时间，h；辅助能源加热系统的效率，%；J水的定压比热容，二=4.1868kj/（kg ：匚）；亠,储热水箱水的温升，：匚；巧被加热水的质量，kg。需加热水的质量：士 ：=7200kg；水被加热升高的温度：亠=30：匚；加热时间： T=8h；转化效率：=1；热泵的功率： P=31.2KW。6.3 热泵的选型：由上式计算可知，为了达到热水用量设计要求，主机能力不应小于31.2KW，故选 择1台RSJ-380/S-820热泵机组，总制热量为38.5KW，故满足设计要求。6.4 工作示意图图 3 空气源热泵工作示意图中虫热A机绘如果遇到阴雨天气，太阳辐照度不足，这时产水量不足以满足用户的使用要 求，需要空气源热泵辅助加热。当检测到储热水箱中的水低于45：匚，或低于水位下限时，集热水箱的控制阀 门开启，水从集热水箱中全部流入储热水箱中，打开自来水控制阀，将集热器中 的水循环至储热水箱中，直至水箱水满为止，同时检测储热水箱中的水温，当水 温低于45匚时，控制辅助热源空气源热泵启动加热，当储热水箱中的水温达到 50匚时，加热停止。七、管路系统设计7.1 管路系统示意图加压后，送入恒温热水器