太阳能热水系统设计.ppt

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1、太阳热水系统,系统设计知识,主要内容,1、太阳热水系统的组成2、太阳热水系统的分类3、太阳热水系统的设计的主要方面4、太阳热水系统的设计的详细内容,太阳热水系统的组成,设备与管道支架太阳集热器贮水箱管路、泵、阀设备防腐与保温自动控制系统辅助能源设备,太阳热水系统的分类,太阳热水系统设计的主要方面,1、用户情况与要求2、系统运行方式确定3、太阳集热器选型4、太阳集热器面积确定5、贮水箱设计6、辅助热源选择与系统设计7、系统布局8、太阳集热器倾角与前后排间距确定9、泵、阀及管路选型与管路系统设计10、电气控制系统设计11、管路与设备的保温与防冻12、系统安全防护（防雷/防雨/防漏电/防腐蚀/抗风雪

2、等）,用户情况与要求（1）-原始资料收集,（1）用户所处地理位置和环境条件（2）水源情况（3）电力供应情况（4）安装场地情况,获取以上资料的方法：与客户勾通，向用户了解有无特殊情况；（如安装现场是否在风口、易发生雷击的地方等）查阅当地气象资料；实地勘察现场。,用户情况与要求-太阳能系统的要求,（1）安装太阳能系统的用途：用于生活热水供应/工业用热水/游泳池加热/采暖、制冷等。太阳能全年工作/季节性工作。,（2）用水方式：定时用热水/全天24 小时用热水用水温度/全天总用水量/用水流量/用水压力。,（3）辅助能源情况：是否要求配置辅助能源/配置辅助能源的种类（电/燃油/燃气/蒸汽/暖气/热泵等）

3、如果使用原有的辅助能源设备，应了解设备的型号、类别，供热方式等。,（4）其它要求：管理方式，有无专人管理/是否要求全自动控制/是否要求自动计量计费等。,用户情况与要求-原始资料核实,太阳能系统的技术性相对比较专业，用户可能不能全面、清楚地表达其要求。有些用户所表达的要求与其实际上真正的需要不一致;有些用户所提的要求可能无法实现。设计人员必须对用户所提供的情况进行分析判断，或者进行现场考察核实，以便掌握真实客观的第一手资料。,在了解了实际情况后，设计人员应将其了解的情况向用户反馈。双方认可后，设计人员才能根据双方已经确认的设计条件和要求进行设计。,用户情况与要求-正确处理客户要求,客户要求是我们

4、设计太阳热水系统的依据之一，有些要求尽量去实现，求但有的是无法实现，应细仔地勾通解释，不能一味答应。要引导用户，公正客观地向用户解释太阳热水系统所能实现的效果。,太阳能系统常见的运行方式-基本的运行方式,按工质的流动方式分类：自然循环系统强制循环系统直流系统,太阳热水系统在实际应用中是以上某一种基本运行方式或某种方式为主的为主的多种运行方式的组合，根据现场的情况不同和用户的具体要求，在设计中要灵活应用，以实现太阳能热水系统的经济、节能的目的。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统,自然循环系统,类型1,由水箱、支架、管路和多个集热器等部件在工程现场连接成一个较大的自然循环系统。,类型2,以多

5、台家用太阳热水器组成的热水系统。由于每台家用太阳热水器实际上也是一个小型的自然循环系统，因此，这种设计方式也属于以自然循环系统中的一类。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(1-1),1、多个集热器与一个水箱连接组成的系统,自然循环系统,是不需要外来动力，依靠系统流体本身的密度差实现自动循环的太阳能系统。,自然循环系统的循环水箱底必须高于太阳集热器顶0.30m至0.5m；由于系统流体本身的密度差形成的动力很小，因此必须采取多种措施减小系统循环阻力（如：选用较大的管径，管路尽量短，尽量少拐弯）；防止出现反坡，造成气堵等；自然循环系统的规模一般较小，较大规模的自然循环系统常常分解成多个并联的小

6、系统。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(1-2),落水使用的系统,在白天太阳能加热期间，由于水箱内的水温达不到使用温度，所以不能使用。储热水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温未达到使用温度，则使用热水时，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部达到温度的热水，因此存在能量和水资源的浪费问题。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(1-3),顶水使用的系统,使用时，冷水从水箱下部进入水箱，而将热水从上部顶出。避免了落水系统的缺点，可以随时使用热水，而且冷水上水也是自动完成，因此管理也很方便。如果冷水供应慢，热水下水快，就会造成断断续续出热水如果没有冷水，就无法将热水顶出。存在冷热

7、水混水问题，造成热水使用率下降。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(1-4),定温放水式,当太阳能贮水箱上部水温达到设定温度时，热水出水管上的电磁阀自动打开，热水自动流入另外一个储热水箱，同时，冷水自动补入循环水箱下部；当水箱上部水温低于设定温度时，电磁阀自动关闭。这种系统必须解决储热水箱水满溢流的问题；适用于全天供热水要求。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(1-5),带辅助加热的系统,当阴雨天或太阳能不足时，用辅助能源将水箱内的水加热到所需温度。辅助能源系统可以用电加热，也可以用蒸汽加热，还可以用燃油（气）锅炉加热。带辅助加热的自然循环系统，可以解决仅靠太阳能加热存在的热水供应

8、受天气影响的问题，达到天天有热水供应。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(1-6),共一个贮热水箱的系统,可以解决因一个系统采光面积过大，造成管径过大、循环管过长、不便安装的问题。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(2-1),多台家用热水器组成的系统,优点：1、安装简单，施工方便，不需要大型号储热水箱，省去了因储热水箱的承重、安放、吊装或制作带来的麻烦；2、工程成本相对较低。,缺点：1、多个小储热水箱带来的管理和用水不便，故障点多；2、多个小储热水箱单位体积的散热面积是大水箱的好几倍甚至十几倍，在同等保温条件下，小水箱的散热量明显较大，系统总热效率低；3、辅助加热系统不便与整个系统

9、匹配等。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(2-2),多台家用热水器并联组成的落水系统,水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温未达到使用温度，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部的热水，存在能量和水资源的浪费问题.各个独立热水器上冷水时的水力不易平衡，会出现有些热水器溢流。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(2-3),多台家用热水器并联组成的顶水系统,a)如果冷水供应慢，热水下水快，就会造成断断续续出热水；b)如果没有冷水，就无法将热水顶出。C)存在冷热水混水问题，造成热水使用率下降。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(2-4),多台家用热水器串并联组成的定温放水系统

10、,a)需解决储热水箱水满溢流的问题。b）单个水箱的温水蓄存了较多的有用能量，从而造成了能量浪费，系统投资成本增加。,太阳能系统常见的运行方式-自然循环系统(2-5),多台承压家用热水器串、并组成的热系统,这种系统能保证随时使用热水。辅助加热贮存的热水有限，当阴雨天时，热水不能保证供应。,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统,优点：系统的动力来自于循环水泵，单个系统可以不受采光面积的限制，可以做到上百甚至上千平方米；储热水箱放置位置不受限制，可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。,缺点：需要配置循环水泵、电控装置等，工程成本较高；应注意选用可靠的控制系统，以确保系统运行得可靠性；要求较高的施

11、工技术。,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统常见形式（1),常规强制循环系统,1、系统的循环水泵可以选用温差/光照/定时任一控制器控制；2、温差控制是最合理的循环方式，近年来被较多地采用；3、光照控制常用于需要大流量的游泳池太阳能加热和太阳能温水养殖系统；4、定时控制用于比较简易的系统。,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统常见形式（2),定温循环系统,1、循环水泵受温控器控制。当集热器的出口温度达到设定温度时，循环水泵自动启动，将水箱下部的冷水泵入集热器，同时将集热器内达到设定温度的热水顶入储热水箱上部；2、采用定温循环和顶水用水方式，可以使系统实现随时使用热水。3、当储热水箱内的水温

12、全部达到温控仪设定水温时，循环水泵将一直循环。,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统常见形式（3),1、当太阳能不足时，用辅助能源（电/燃油/燃气/蒸汽）将水箱内的水加热到所需温度。2、可以解决阴雨天热水供应不足的问题。,带辅助加强制循环系统,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统常见形式（4),1、在太阳能系统中设置了一个回流水箱，循环水泵将回流水箱内的热水泵入换热器换热后，被送到太阳集热器加热，然后又会到回流水箱，构成了开路循环回路。2、开路循环回路的循环介质容易蒸发散失，利用回流水箱可以很方便地添加循环介质。解决了不能承压的集热器在承压热水供应系统上的应用问题；3、这种系统太阳能加热系

13、统的循环介质可以采用普通的水。,集热器常压/水箱承压间接系统,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统常见形式（5),1、太阳能集热器加热的一次回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。热水供应为开路系统的间接换热强制循环系统。2、该类型系统适合于高寒地区全年使用的大规模平板太阳热水系统。,集热器承压/水箱常压间接系统,太阳能系统常见的运行方式-强制循环系统常见形式（6),集热器常压/水箱常压间接系统,太阳能加热回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。贮热水箱为常压系统。可在高寒地区使用，并比承压系统显著降低工程成本、且安全可靠。,太阳能系统

14、常见的运行方式-强制循环系统常见形式（7),集热器承压/水箱承压间接系统,1、太阳能加热回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。热水供应系统为承压系统，利用自来水的压力将水箱中的热水自动顶出，实现了“开阀门用水，关阀门走人”的傻瓜化管理。3、该系统可用于别墅太阳能和阳台壁挂式系统。,太阳能系统常见的运行方式-直流系统,优点：1、该系统可随时将达到设定温度的热水顶入储水箱储存。水箱内储存的是达到温度的热水。可以实现随时使用热水。2、储热水箱可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。,缺点：1、定温放水系统需要解决储热水箱水满溢流的问题；2、同时也需要配置控温装置等。工程

15、成本较高；3、应注意选用可靠的控制装置，以确保系统运行的可靠性。4、要求较高的施工技术。,太阳能系统常见的运行方式-直流系统常见形式（1),单一直流式定温系统,1、当集热器内的水温达到设定温度时，电磁阀打开，冷水进入集热器，并将达到设定温度的热水顶入储热水箱。2、单一的直流式定温放水太阳热水系统存在储热水箱水满溢流的问题，水满时必须将冷水关闭，以防止储热水箱溢流。,太阳能系统常见的运行方式-直流系统常见形式（2),定温/温差循环系统,1、当水箱满水位时，冷水管路上的电磁阀自动关闭，系统自动转入温差循环。2、该系统不仅解决了储热水箱水满溢流的问题，还充分利用了太阳能。,太阳能系统常见的运行方式-

16、直流系统常见形式（3),带辅助的定温/温差循环系统,1、先利用太阳能加热；2、当太阳能产热水不足时，水箱水位低至一定值时,启动辅助能源补充热水，确保全天24小时热水供应。3、广泛用于宾馆、饭店等要求24小时供热水的单位。,太阳能系统常见的运行方式-直流系统常见形式（4),1、控制器（PLC编程）可根据系统集热器的水温、水箱水温、水位、管路水温等信号，依照事先设计好的程序，实现定温、满水位温差循环、太阳能不足辅助加热、低水位保护、任意时间自动控制等功能，并可远传、监视等。2、近年来已被更多地采用。,全自动控制的循环供水系统,系统运行方式设计与选择原则,实际设计中有很多运行方式,但所有这些运行方式

17、，都是根据自然循环、强迫循环和直流定温系统的原理，结合实际情况设计的。系统运行方式应根据用户基本条件、用户的使用需求及集热器与储热水箱的相对安装位置等因素综合加以确定。,一般来说，较小面积的系统，如果水箱可高置，多采用自然循环系统；较大面积和水箱不能高置的系统，多采用强制循环系统；需要24小时或白天需要使用热水的，多采用直流系统；每天都需要热水的，应配置辅助加热系统。,目前国内的太阳能热水系统多采用开式系统，别墅型、壁挂式太阳能热水系统多采用闭式承压二次回路系统。（国外基本都是闭式承压系统）,系统运行方式设计与选择,太阳能热水系统设计选用表,表中为可选项目,热水负荷计算,系统日耗热量：全天供应

18、生活热水的日耗热量、热水量计算公式：日耗热量：Qd=qrc(tr-tL)m/86400 其中：Qd:日耗热量w；qr：热水用水定额L/（人或床d）;c:水的热容比4187J/(kg)；:水的密度，kg/L tr、tL 热、冷水温度；m：用水计算单位数（人数或床位）,设计日热水量:qrd=86400Qd/c(tr-tL)（qrd=qrm）其中：Qrd设计日热水量L/d tr-设计热水温度,tL-设计冷水温度,qr 热水用水定额,L/（人或床d）m 用水计算单位数（人数或床位）,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器选型（1）,集热器类型选择因素,当地的地理位置；环境温度；全年的使用时间；使用水温；

19、投资与收益等因素。,1、在不结冰地区全年使用或虽是结冰地区，但仅在春、夏、秋季不结冰的时候使用时，一般选择平板集热器。2、结冰地区全年使用的，不需要承压运行的，除高寒地区外，可选用全玻璃真空管集热器；采用防冻措施可选择平板；3、高寒地区全年使用的，可选择热管集热器，也可选择各种金属流道式真空管集热器，设计双回路系统。,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器选型（2）,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器朝向与倾角（1）,1、集热器朝向与倾角的确定主要使集热器得到最大的太阳辐射能。当采光面与太阳光线垂直时，就能得到最大的太阳辐射能；2、对于跟踪式太阳集热器，通过自动跟踪使集热器的采光面与太阳的入射

20、光线垂直就可以。但跟踪装置复杂，成本太高，一般采用固定朝向与倾角。3、对于固定式集热器，为了得到最大的太阳辐射量，应尽可能使当地正午的太阳光线与集热器的采光面垂直。因此，对于在北半球使用的集热器，应正南、南偏西、南偏东放置。4、考虑到早上气温低，易有雾，光照度差，而下午气温高，一般光照较好，因此尽可能将集热器南偏西放置，使集热器在下午能得到更多的太阳辐射能。,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器朝向与倾角（2）,从上图可以得出：当太阳光线与集热器的采光面垂直时，集热器倾角与当地纬度角以及太阳赤纬角有如下关系：=,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器朝向与倾角（3）,1、当全年使用时,可认为全年

21、的平均赤纬角为0，=2、当侧重于夏季使用时,可认为该期间的平均赤纬角为10，=-10 3、当侧重于冬季使用时,可认为该期间的平均赤纬角为-10，=+10,全年各月代表日太阳赤纬角的近似值,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器朝向与倾角（4）,太阳能集热器安装的方位，原则上应为南偏西5度。在国标准中，特殊情况下南偏东或偏西30度均可，但必须加上补偿面积（后附表）。主要是为了和建筑相结合的目的。其补偿后的总面积为：AB=AS/RS 式中：AB 为补偿后的面积；AS 为根据用水量计算出的需要面积；RS 为不同方位及倾角的补偿系数 集热器的倾角，根据实际情况应为当地纬度加或减10度，但为了和建筑有机结

22、合可以采取不同的角度安装，必须增加补偿面积。其计算方法同上（AB=AS/RS）。,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器朝向与倾角（5）,太阳能方位角和倾角对应的补偿面积比RS,太阳集热器选型与摆放方位-太阳集热器朝向与倾角（6）,考虑各地不同季节天气的影响。实际上，不同地方在不同季节的实际太阳辐照量是不同的。,某一地方在每年的某一季节，总是雨季，太阳辐射量相对很少，在此时段内，即使太阳光线与集热器采光面垂直，也得不到太多的太阳辐射能；而在另一季节，经常是晴朗天气，太阳辐射量相对较多，在此时段内，由于太阳光线与集热器采光面不垂直，从而失去了得到较多太阳辐射能的机会。在太阳辐射较强的季节，热水过剩

23、，而太阳辐射较少的季节，热水不足，因此可以让太阳辐射较少的季节尽可能多地吸收辐射能。,太阳集热器面积确定-确定原则,1、理论上，集热器面积应根据用户所需热负荷来确定。（不考虑投资/场地等因素时，太阳能系统得到的有用能量应等于用户所需要的热负荷能量）2、从系统投资和使用效果两方面综合考虑确定 当全年使用时，以满足春秋季使用为原则；季节使用时，以满足季节使用为原则3、根据现场实际摆放情况确定 当现场太阳集热器摆放场地受到限制时，以现场实际的摆放面积作为设计面积，不足部分，由辅助加热补充；4、以投资能力确定系统集热器面积 当资金不足时，可以投资能力确定系统规模。可以将工程分成一期二期来考虑，以解决资

24、金问题。,太阳集热器面积确定-注意事项,1、注意不同产品的集热效率不同；2、注意灰尘的影响，一般在0.900.98；3、注意管路和水箱散热的影响，在0.900.95；4、注意系统加热方式的影响 间接系统在0.900.95；5、注意太阳能系统运行方式影响，强迫循环的运行方式，与自然循环和直流系统的效率差别。,太阳集热器面积确定-集热器面积计算,工程系统集热器面积,直接系统太阳能总面积的确定：直接太阳能热水系统总面积可根据系统的日平均用水量和用水温度来确 定，可按下列公式计算：Ac=QwCr（t2-t1)f/JTcd(1-L)其中：Ac为直接式系统集热器总面积（平方米）；Qw日平均用水量L，C水的

25、定压比热 r水的密度 JT 月平均日或年平均日太阳辐照量，t2-t1水的初始终止温差；f太阳能保证率 cd_集热器年平均集热效率；（根据产品测定结果而定）L管路及贮热水箱的热损失率，（可取 0.20.3）,间接系统集热总面积计算公式如下：,式中：AN 间接系统集热器总面积，AC 直接系统集热器总面积，FRUL 集热器总热损系数，W/（）UhX 换热器传热系数，W/（）AhX间接换热换热面积，,贮水箱小于600L系统集热器面积,水箱小于600L系统集热总面积计算公式如下：,其中：Ac为直接式系统集热器总面积（平方米）；Qw日平均用水量L，C水的定压比热 r水的密度 tend贮水箱内水的终止设计温

26、度，tL水的初始温度；Qs被测太阳能集热系统得热量，f太阳能保证率，A被测太阳能集热系统总面积；（根据产品测定结果而定）L被测太阳能集热系统管路热损失率，（可取 0.20.3）,每100L热水量的系统集热器总面积推荐选用值,太阳集热系统流量确定,太阳能集热系统的流量与太阳能集热的特性有关。全玻璃真空管型太阳能集热器可以按：0.0150.02L/(SM2)进行估算;平板型太阳能集热器可以按：0.02L/(SM2)进行估算;以上数据乘以前面计算的太阳能集热器总面积c就可以得到太阳能集热系统的流量。集热系统的流量是选择循环泵的依据,贮水箱设计-贮水箱的容积确定,储热水箱的容量V应根据其蓄热容量VX、

27、热水膨胀量VP和循环回流水量VH等因素确定。V=VX+VP+VH,1、储热水箱的蓄热容量VX 应根据晴天时太阳集热器的产热水量来确定 2、储热水箱的热水膨胀量VP 当水温大于4时，体积会随水温升高而膨胀。因此应考虑水的体积膨胀量对储热水箱容量的影响。(一般在5%以内)3、储热水箱的循环回流水量VH 对于常压系统，当循环水泵停止后，回水管道内的水要回流到水箱里；对于回流防冻的系统，当循环水泵停止后，集热器和管道内的水都要回流到水箱里来。因此必须考虑系统的回流水量。以确保停泵后不发生储热水箱溢流的问题。,贮水箱设计-贮水箱形状确定,贮水箱的结构形状应根据其容量大小、结构的合理性、现场放置的位置、水

28、箱制作的难易等因素来确定。储热水箱应选择体面比最小的形状。这样既能减小散热面积，还可节省水箱制作的材料。,1、圆球形状的水箱体面比最小，但制作困难。因此储热水箱的形状一般都选择圆柱形或方形2、对于圆柱形水箱，当高度等于直径时，表面积最小。如果圆柱形水箱高度过高，一般将水箱卧放。要求水箱承压的系统，圆柱形水箱的两个端盖应采用球形端盖，材料厚度应加厚，制作完成后，应按要求作耐压试验。3、对于方形水箱，当长、宽、高相等时，表面最小。方形水箱不承压，不易设计的太高。在高度相同的的条件下，长度与宽度相等时，体面比最小。方形水箱可以现场制作，运输方便。方形水箱的承压能力差，需要在水箱内部或外部加拉筋。所以

29、只能用于不承压的系统中。,贮水箱设计-贮水箱的材料,1、钢板水箱2、搪瓷水箱3、不锈钢水箱4、玻璃钢预制水箱5、水泥预制水箱。6、塑料水箱,贮水箱设计-贮水箱的开口位置与尺寸（1）,检修人孔：大于3m3的水箱应留检修人孔，以备将来检修时用。人孔的尺寸不应小于400400mm2，圆形人孔的直径不应小于400mm。,通气孔：常压水箱应留有通气孔，以避免形成负压，使水箱受损，并使下水通畅。,排污口：排污口应留在水箱最低的位置，以利于排污。排污口的尺寸不应小于25mm。,溢流口：开式常压系统的水箱应留有溢流口，应不小于进水口，且最小不应小于25mm。,贮水箱设计-贮水箱的开口位置与尺寸（2）,用热水口

30、：a)对于承压水箱，用热水口应位于水箱的顶部；b)对于顶水使用的开式水箱，用热水口应位于水箱的中上部，且不能低于上循环口；c）对于落水使用的开式水箱，用热水口应位于水箱的底部，但应不低于排污口；d)对于底部带有电加热管的水箱，用热水口应高于电加热管的位置，以确保电加热管始终浸没在水中，防止电热管无水干烧。,注：用热水口的尺寸应根据热水流量大小来确定，一般承压系统不应大于1m/s；常压系统不应大于0.5m/s。,贮水箱设计-贮水箱的开口位置与尺寸（3）,上、下循环口：1、下循环口位于水箱的底部，但应不低于排污口，不高于用热水口（落水法）。2、上循环口位于水箱的中上部，不高于用热水口。对于顶水使用

31、的承压水箱，上循环口应在水箱的中下部，但无论何种系统，上循环口都应高于下循环口。3、上、下循环口的尺寸也应根据单位时间的流量大小来确定，一般不应大于1m/s。其它开口：有些系统还需预留测量水温、水位、压力的开口。带有辅助加热的系统还需留有辅助加热系统所需要的各种开口，设计者应根据系统要求合理设计。,贮水箱设计-贮水箱的开口位置与尺寸（4）,在满足以上要求的前提下，水箱的开口位置还应尽量注意消除死水区，或者尽量减少死水区。但为了防止顶水使用时冷水供应不上，造成热水断流的问题，有意在水箱出热水口上部留出一部分热水高度，当冷水供应不上时，起缓冲作用。,贮水箱设计-贮水箱进出水管的布置,1、当水箱进出

32、水口处流速、温差过大时，容易造成水箱混水。对于需要水箱水温分层的储热水箱，如顶水使用的储热水箱，应降低管口流速。在设计水箱进、出水口处水管的布置时，下循环管口流出的为低温水，其在水箱内的开口方向应水平或向下；上循环口流进水箱的水为高温水，其在水箱内的开口方向应水平或向上；冷水补水进口的开口方向应水平或向下。2、对于自然循环系统，下循环口兼有下循环管的自动排气功能，因此，其在水箱内的开口方向应水平，不能向下，否则将造成下循环管无法自动排气而使系统无法自动循环。3、对于落水使用的循环系统，设计时，有意将上循环管口向下开口，有时甚至将上循环口向下延伸至水箱的下部，有意使水箱混流，以减轻水箱的温度分层

33、。对于直流式定温放水系统，设计时也有意将从集热器进入水箱的热水管延伸至水箱的下部，以达到混合水箱水温的作用。,辅助热源选择与设计-辅助热源种类的选择,辅助热源一般应具有可靠、稳定、随时可以供给等特点1、燃气（天燃气/煤气/石油液化气/沼气等）2、燃油（煤油/柴油）3、电能 4、蒸汽 5、暖气 6、热泵,辅助热源选择与设计-辅助热源功率的确定原则,辅助加热系统的目的是当阴雨天或太阳能不足时，由辅助加热系统提供所需的热能。对于太阳热水系统来说，太阳能完全不起作用的情况就是最不利的情况。因此，辅助加热设备功率的确定应根据太阳能完全不起作用时，全部靠辅助加热设备来满足用户所需的热能来计算确定。辅助加热

34、系统宜采用两套，单套功率为总功率的1/2。,辅助热源选择与设计-辅助热源加热量的计算,a)容积式：Qg=Qh-1.163（Vr/T）(tr-t1)r 其中：-有效贮热容积系数，选0.75 Qg-容积式水加热器的设计小时供热量，W Qh-热水系统设计耗热量，W r-热水密度 T-辅助加热量持续时间，h T-选24小时 Vr总贮热容积，L（单水箱取水箱容积40，双水箱按供热水箱容积）b)半容积式水加热器，热水机组的供热量按设计小时耗热量计算。c)半即热式、快速式的供热量按设计秒流量计算。,辅助热源选择与设计-辅助热源耗量的计算,常压燃油/燃气热水炉、热水器燃油/燃气耗量：G=3.6kQg/Q 其中

35、：G热源耗量，kg/h,Nm3/h k热媒管道热损失系数，1.051.1 Qg水加热器设计供热量，w Q热源发热量，kj/kg(kj/Nm3)（1MJ=239kcal)水加热器的热效率 0.700.85电热水锅炉/电加热器耗电量计算公式：W=Qh/1000 其中：W耗电量，单位kw Qh设计小时耗热量，单位w 加热设备的热效率，0.950.97,系统整体布局的原则与方法-布局形式,一般情况下，集热器在前面，水箱在后面，以避免水箱遮光。但当前面有较高的遮光物时，可将水箱放在前面，集热器后置，加大集热器与前面高遮挡物的距离。超过1T的水箱应先确定水箱位置，后布置集热器。应尽量减少循环管长度。循环管

36、宜设计同程方式。,系统整体布局的原则与方法-布局形式（2）,可减少循环管长度；可设计成几个并联自然循环系统；,增多集热器摆放面积,系统整体布局的原则与方法-布局选择原则,布局形式的选择应根据现场地形确定，并考虑以下几点。（1）水箱承重 在系统布局中，首先需要考虑水箱的位置。因为，水箱是太阳热水系统最重的负载，因此，水箱的放置位置应考虑该位置的承载能力能否能满足水箱装满水后的承重需求。（2）集热器摆放 应尽量使集热器集中在一片位置摆放，这样便于布局，系统比较整洁、紧凑，管路距离也比较短，。（3）系统各部分的距离 系统布局应尽量使集热器距水箱的距离、水箱距用热水点的距离、冷水供水点距集热器和水箱的

37、距离相距较近，以减少管路过长造成的热损失，并减少安装用料，降低工程成本。（4）协调性与方便性 系统整体应协调、可靠、美观，施工和维护管理应方便。,太阳集热器阵列-太阳集热器间的连接,并联连接,串联连接,并串联连接,太阳集热器阵列-排与排之间的连接（1）,适用于各种集热器的排与排之间的连接,太阳集热器阵列-排与排之间的连接（2）,当集热器只有两排，且每排集热器的数量不太多时，可采用此种连接方式。可节约循环管道,太阳集热器阵列-排与排之间的连接（3）,当集热器数量超过两排时，在每排集热器的数量不太多时，为了管道连接的方便，有时会采用此种连接方式,太阳集热器阵列-前后排间距,太阳能集热器在安装时，为

38、了充分发挥太阳能集热器的效能，要求前后排集热器不能相互遮挡；其计算公式：S=Hcothcoso S-日照间距m;H-前方障碍物的高度；h-为计算时刻的太阳高度角；o-计算时刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间夹角。,1）、全年运行系统选取春分/秋分日照的 9：00至17：00；2）、主要在春、夏、秋三季运行的系统选取春分或秋分的 8：00至16：00；3）、主要在冬季运行的系统选冬至日照的 10：00或15：00；,系统管路选择与设计-常用管材种类（1）钢管,无缝钢管 分为热轧管和冷拔管两种，广泛用于压力较高的管道，如高压供热系统和高层建筑的冷、热水管。以外径壁厚

39、表示。有缝钢管 焊接钢管通常称为有缝钢管（水煤气管）。壁厚不同，分为普通管和加厚管两种，普通钢管的工作压力不大于1MPa,加厚钢管的工作压力不大于1.6MPa。以公称直径DN表示。将有缝钢管镀锌处理后，其抗腐能力提高，内壁不易生锈，可以保护水质。镀锌钢管常用于生活饮用水管道及热水供应系统。铸铁管 耐腐蚀性强，但质脆，承压能力低。分为给水铸铁管和排水铸铁管。其规格以公称直径表示，分低压、普压、高压三种。,系统管路选择与设计-常用管材选择（2）新型管材,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学腐蚀性能，可在-1560之间使用3050年。目前主要用于建筑给水、排水、落

40、水、排污、穿线、通风等方面。聚乙烯(PE)和高密度聚乙烯(HDPE)管材 可耐多种化学介质侵蚀的管材，据有良好的挠性，可以盘卷，具有良好的耐冲击强度。主要用于输送水、可燃性气体、腐蚀性流体等。交联聚乙烯（PEX）和聚丁烯（PB）管材 PEX和PB管材完全无毒，使用温度范围最宽，为-70110，可输送90左右的热水，长期使用温度为95。PEX管材一般只有小口径管(20-63mm)，热膨胀系数较大，采用金属管件受压连接，其配件成本较高，连接时问题较多。PB管材适合制作小口径受压管，安装时可以熔焊与压接相结合，连接牢固。PEX和PB管材可作为包括饮用水和热水在内的各类流体。PEX比PB管材价格低30

41、50%。无规共聚聚丙烯（PP-R）管材 具有耐压、保温等优点，长期使用温度为70，比较适合温水输送。它可以采用熔接方式连接，连接可靠，其废料还可再利用，是名副其实的绿色建材。,系统管路选择与设计-常用管材种类（3）新型管材,铝塑复合管（PAP）有两种类型，一种是采用HDPE的PAP管材，只能用于低温介质的输送；另一种是采用PEX的PAP管材，气密性好，耐压较高，耐爆破应力大，热膨胀系数小，抗静电，使用寿命长，可输送包括饮用水和热水在内的各种流体，可在95高温和小于1MPa压力的条件下长期工作。PAP管的缺点是管材连接不能用热熔连接和胶粘接，只能用专用铜制管件，废品不能回收再用 ABS管材 由丙

42、烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的共聚物或共混物。它是通用塑料中强度和韧性较好的一种。在-40100范围内能保持韧性和刚度。但它的耐候性较差。钢塑管,系统管路选择与设计-常用管材种类（2）新型管材,铜管和塑覆铜管 随着人们对饮用水卫生性能要求的愈来愈高，铜管和塑覆铜管在城市的高层、超高层以及中高档商品房中大量使用。塑覆铜管一般是用含铜量99.9%的无缝T2紫铜管为基体，外壁覆上具有特殊造型的聚乙烯为主体及其它多种添加剂的保温层，经物理和化学反应相结合而成的的新一代供水管材，特别适合用做热水管。薄壁不锈钢管和不锈钢保温管 薄壁不锈钢管是厚度为0.71.2mm的不锈钢板制成的1550mm的给水管，通过管壁

43、薄壁化，可大大降低管材的成本。不锈钢管强度高，耐压、耐高温，使用寿命长，适用范围广，可广泛用于建筑的冷、热水供水系统,系统管路选择与设计-常用管材选择,GBJ15-88建筑给水排水设计规范对管材选用作了如下规定：1、对于洗浴热水供应系统，热水管管径小于及等于150mm时，应采用镀锌钢管和相应的配件；宾馆、高级住宅、别墅等建筑，宜采用铜管、聚丁烯管或铝塑复合管。2、对于饮用水管，应采用铜管、不锈钢管、铝塑复合管、聚丁烯管，配件应采用与管材相同的材料。3、对于给水系统，生活给水管径小于150mm时，应采用镀锌钢管或给水塑料管；管径大于150mm时，可采用给水铸铁管；生活给水管埋地敷设，管径等于或大

44、于75 mm时，宜采用给水铸铁管；生产和消火栓系统消防给水管一般采用非镀锌钢管或给水铸铁管，自动喷水灭火系统消防给水管应采用镀锌钢管或镀锌无缝钢管；根据水质要求和建筑使用要求等因素生活给水管可采用铜管、聚丁烯管、铝塑复合管、涂塑钢管、或钢塑复合管等管材。,系统管路选择与设计-常用阀门种类（1）,（1）闸板阀门 无方向性，比较严密，安装长度较短，由于闸板阀的进出口和阀底在同一直线位置，故介质流动的局部阻力很小，异物也不易被阻塞，因而其常用作排污和管道系统或水箱底部的泄水阀。闸板阀门常用于作全开全闭的位置，不能用于蒸汽管道上，不宜用它作调节流量，如果闸板阀门长期处于半开半关的状态下工作，闸板的密封

45、面会因受介质冲刷而不能密封严密。(2)截止阀和节流阀 截止阀阀芯的端部是平的，节流阀阀芯是锥形的，安装时应注意介质的流向应该是下进上出。截止阀流体阻力大，调压作用明显，但不宜用在输送粘性介质的管道上。带橡胶密封的截止阀广泛用于冷水管道，铜阀芯密封的截止阀广泛用于热水和蒸汽管道上。,系统管路选择与设计-常用阀门种类（2）,（3）球阀及旋塞 球阀和旋塞是靠阀体内可以旋转的关闭件来打开和关闭阀门。当塞子中心的通孔与管路的进出方向一致时，阀门全开，垂直时阀门全关。球阀和旋塞启闭迅速，流动阻力小，流量大，操作简单快捷。但它密封面易磨损，适合低温低压和粘度较大的介质管道和要求快开快关的的部位。（4）蝶阀

46、蝶阀可以围绕阀座内的一个固定轴旋转90，以实现蝶阀的开启和关闭。通过改变蝶阀的旋转角度，可以分级控制流量。蝶阀启闭迅速、方便，但因其密封材料是橡胶，因此多用于压力和温度较低的管道上。（5）逆止阀（止回阀）逆止阀可使液体介质只能向一个方向流动，阻止其逆向流动。逆止阀有方向性，安装时应特别注意,系统管路选择与设计-常用阀门种类（3）,（6）浮球阀 浮球阀可以自动控制水箱中的水位。（7）减压阀 减压阀的作用是降低管路介质的压力，使经过减压阀流出的介质的压力符合设计要求。（8）安全阀（泄压阀）安全阀的作用是自动泄除管道或设备中的过高的压力，当压力恢复正常后，自动关闭。（日用水量10m3供水系统，10m

47、3 设压力式膨胀罐）(9)自动排气阀（吸气阀）自动排气阀的作用是自动排出管路或设备内的空气，使系统正常工作。(10)电磁阀和电动阀 电磁阀和电动阀的作用是根据控制元件给出的通断电信号，自动开启或关闭阀门，从而起到自动控制的作用。,系统管路选择与设计-常用阀门选择,（1）根据介质特性、工作压力和温度，选择阀体材料。阀体材料有灰铸铁、铸钢、铸铜、不锈钢等。（2）根据阀体材料、介质的工作压力和温度确定阀门的公称压力级别。低压阀门的使用压力PN1.6MPa，中压阀们的使用压力1.6MPaPN6.4MPa，高压阀门的使用压力10MPaPN100MPa，超高压阀门的使用压力PN100MPa。（3）根据公称

48、压力、介质特性和温度，选择密封面材料。使其最高使用温度不低于介质工作温度。（4）根据管道的管径计算值，确定阀门的公称直径。一般情况下，阀门的公称直径和管道的公称直径相同。(5)根据阀门的用途和要求，选择阀门的驱动方式。阀门的驱动方式有手动、电动、气动、液动、机械传动等。(6)根据管道的连接方式和阀体公称通径大小，选择阀门的连接形式。一般小管径的阀门采用螺纹连接，大管径的阀门采用法兰连接。（7）根据阀门的公称压力、公称直径、介质特性和工作温度选择阀门类别、结构形式和型号。,系统管路选择与设计-常用水泵选择（1）泵的种类,根据泵的工作原理将泵分为以下三类。1、叶片式泵：叶片式泵是由装在主轴上的叶轮

49、产生旋转作用，对流体做功，使流体能量增加。根据流体的流动情况，又分为离心式、轴流式、混流式等。2、容积式泵：容积式泵是靠机械运转时，内部的工作容积不断产生变化，对流体产生挤压，使流体获得能量。如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。3、其它类型的泵：它是通过流体的相互紊动混合来传递能量，使流体能量增加。如射流泵、空气抽水机、漩涡泵、真空泵、水锤泵等。,系统管路选择与设计-水泵的工作参数,1、流量：流量是泵的重要参数之一，如果流量发生变化，其他参数（如扬程、功率、效率）也将相应的跟着变化。泵标牌上的流量，通常是指额定流量，泵的尺寸和形状是根据这一特定的流量设计的，因此又称为设计流量。一般泵在这个流量

50、下工作，效率最高，如偏离这个流量，效率就会下降，偏离愈多，效率下降愈多。2、扬程：泵的扬程是指泵能扬水的高度。泵标牌上的扬程，一般是指通过额定流量时的扬程，所以又称额定扬程。扬程的单位一般为m。,系统管路选择与设计-水泵的选型(1),选择泵时，主要看其扬程和流量是否符合实际需要。（1）流量的确定太阳热水系统循环泵的流量的计算方法如下：Q=qA 式中：q 系统设计流量（m3/s）；一般取(3672)L/h A 太阳热水系统采光面积，（m2）太阳热水系统其它用途的泵的流量应根据其用途确定泵的流量。（2）扬程的确定太阳热水系统循环泵的扬程的计算方法如下：H=(1.11.2)(Hs+Hx)式中：Hs