太阳能热利用系统- 课程设计..
淮海工学院课程设计报告书
题目：《太阳能热利用系统》课程设计项目12
学院：理学院
专业：光信息科学与技术
班级：光能101
姓名：X X
学号：
2013 年12 月16 日
目录
一、设计资料提供与使用要求??????????????3
二、依据标准?????????????????????3
三、我市太阳能资源情况????????????????3
四、太阳能系统设计方案????????????????4
4.1 、系统日耗热量、热水量计算??????????4
4.2 、设计小时耗热量、热水量计算?????????4
4.3 、太阳能热水系统集热面积的确定????????5
4.4 、太阳能集热器的安装方位和倾角????????5
4.5 、管材和附件?????????????????6
4.5.1 、管材?????????????????6
4.5.2 、附件?????????????????6
4.5.3 水泵选型???????????????7
4.6 、保温层厚度计算???????????????7
4.7 、集热器的连接????????????????8
4.8 、水箱的设计?????????????????8
4.9 、辅助热源设计????????????????8
五、系统运行控制及运行原理????????????10
5.1 、运行控制?????????????????10
5.2 、运行原理说明???????????????10
5.3 、工程保温水箱???????????????10
5.4 、太阳能热水工程智能控制系统????????11
六、固件清单12
设计说明
一、设计资料提供与使用要求：
根据图纸的要求，尽量在不影响楼房外观的情况下，合理设计太阳能安装数量，要与整体工程验收标准相匹配，采用楼面太阳能集中集热，分户储能，春、夏、秋、冬晴天以太阳能制热为主，以分户电辅助加热为辅，太阳能外观颜色要与建筑外观颜色保持一致。
二、依据标准
系统严格安照以下国家标准进行设计
1、GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》
2、GB47272-92《设备及管道保温技术通则》
3、GB/T20095-2006《太阳能热水系统性能评价规范》
4、GB/T4271-2007 《太阳能集热器性能实验方法》
5、GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
6、0017-2003《钢结构设计规范》
7、B5009-2001《建筑结构载荷规范》
8、B50207-2002《屋面工程质量验收规范》
9、50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》
10、50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
11、50303-2002《建筑电气安装工程施工质量验收规范》
12、50300《建筑工程施工质量验收统一标准》
三、我市太阳能资源情况
太阳能资源情况: 江苏省连云港市处于暖温带南部，属于太阳能资源较丰富区，年日照时数在2500小时左右；水平面上太阳能辐照量为4200—5400MJ/㎡.a ，年平均温度14.3 ℃。1 月平均温度- 0.4 ℃，极端低温- 19.5 ℃：7 月平均温度
26.5 ℃，极端高温39.9 ℃。历年平均降水量920多毫米，常年无霜期为220 天，主导风向为东南风。气象资料显示：连云港四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，每年大约紧有20-30 天处于阳光不足状况状态。
四、太阳能系统设计方案
本项目设计对象为居民住宅，实际用户27 户，每户平均3.5 个人，日均用水量为5670L, 需求水温60℃，鉴于极端天气情况，热水供应设计为日均5700L，故预采用集中集热分户计量系统。本系统包括水箱、集热模块、支架、水泵、自动化控制系统、辅助能源及相关配件等。
4.1 热水供应系统的日耗热量、热水量计算全日供热水的建筑物其集中热水供应系统的日耗热量、热水量可分别按下列公式计算：
Q d q r cp (t r t L ) m / 86400
式中， Q d ——日耗热量
q r——热水用水定额，60L/ 单位
c——水的比热容
ρ——热水密度，60℃密度0.982kg/L 。
tr-tl ——温升，设计温升45℃。
m—用水设计单位，取94.5 。
计算得： Q d =8.62kw，但是一般计算时采用的是计算设计小时耗热量，所以一般计算用到下面公式。
4.2 设计小时耗热量计算
Q h K h q r c ( t r t l ) m / 86400
式中， q r —热水用水定额，60L/单位。
Kh —小时变化系数，查表得Kh=5.12 tr-tl —温升，设计温升45 ℃。m —用水设计单位，取94.5 。
ρ—热水密度，60℃密度0.982kg/L 计算得：Qh=44.06kw。
所以选用45kw的电辅加热。
4.3 太阳能热水系统集热面积的确定
根据
Q W C w (T 1 T 0 ) f J cd (1 式中， Ac —集热器采光面积，㎡ Qw —日均产热水量 5700KG
Cw —水的定压比热容 4.18KJ/(KG. ℃)
T1 — 要求水温 60 ℃
T0 —初始水温 15℃
f —太阳能保证率 0.45
J —平均日辐照量 17540KJ/(m2· d) ηcd —集热器全日集热效率 0.48 η L —热损失率 0.2
设定连云港年平均地表水温为： 15℃，温升 45℃；年平均日辐照量： 17540KJ/(m2·d) ，管道及储水箱热损失率η L 为 0.2 ，太阳能保证率 f 为0.45。
经计算可得出 AC ＝ 71.685 ㎡
本工程采 用 47*1500 型 全玻 璃真 空管。 单根 集热 面积为 3.14* ( 0.047-0.01 ) * ( 1500-40 ) /2=0.0848 ㎡ , 所 需 真 空 管 数 目 为
71.685/0.0848=845 ，其中每组有 50 根全玻璃真空管，故需 16.9 组，鉴于工程 需要，本项目预 17 组模块
4.4 、太阳能集热器的安装方位和倾角
在确定太阳能集热器安装位置是、时，应考虑集热器安装倾角和方位对太 阳能辐射能量收集的影响，可遵循以下原则：
1、太阳能系统集热器一般安装在屋顶、阳台或朝南方向外墙等建筑围护结 构上。
2、热水系统安装倾角宜选在当地纬度 +10°的范围内。
3、在建筑围护结构表面不够安装时，可按维护结构表面最大容许安装面积 确定系统集热器总面积。
4、太阳能集热器设置在坡屋面上，集热器可设置在南向、南偏西、南偏东 或朝东、朝西建筑屋面上，坡屋面上的集热器宜采用 顺坡嵌入设置或顺坡架空 设置。
5、嵌入建筑屋面、阳台、墙面或建筑其他部位的太阳能集热器，应满足建 筑围护结构的承载保温、隔热、隔声、防水、防护等功能。
A C
L )
4.4.1 集热器前后排之间的日照距离D的计算因为本系统的集热器采取的是平铺型，所以集热器间的距离只需留出50cm的维修通道即可。
4.5 、管材和附件
4.5.1 、管材：
1、太阳能热水系统采用的管材和管件应符合现行产品标准的要求。管道的工作压力和工作温度不得大于产品标准标定的允许工作压力和工作温度。
2、热水管道应选用耐腐蚀、安装连接方便可靠、符合饮用水卫生标准的管材。一般采用薄壁铜管、薄壁不锈钢管、塑料热水管、塑料和金属复合热水管等。
3、太阳能热水供应系统的管道，应采取补偿管道温度伸缩的措施。
4、当系统中采用了不同的材质的管材时，应注意防止不同电动势材料连接可能引起的电化学腐蚀。
5、在以乙二醇为防冻液主要成分的防冻液系统中，由于乙二醇会与锌发生不良反应，不应采用镀锌钢管。
4.5.2 、附件:
太阳能热水系统的管道和设备上应设置下列附件：
1、排气装置2 、泄水装置3 、自动温度调节装置
4、温度计5 、压力表6 、安全阀7 、膨胀罐8 、膨胀管
9、疏水器10 、阀门11 、分水器、集水器、分汽缸12 、止回阀
4.5.3 、水泵选型集热循环泵的扬程计算公式为：