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摘要随着社会经济的迅速发展和世界能源的紧张，工业和城市居民对供热质量和供热可靠性的要求不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的供热系统成为必然趋势。
本论文首先通过分析太阳能集中供热自动控制系统的基本特性和PID恒温水箱控制原理，阐述了水泵变频运行的节能原理，设计了一种恒温、变频调速恒压供水控制系统。
该系统基于西门子公司PLC及扩展模块构建硬件平台的设计方案，采用温度、水位、压力等测量变送器，对供水箱的温度参数进行检测与控制，根据采集到的温度信号控制进水阀开度的大小和加热器的通断。
供水过程中对管网末端压力及水箱水位参数进行检测和控制，并根据采集到的压力和水位信号，控制水泵的工频运行、变频运行以及启停顺序。
论文主要阐述了I/O分配表、外部端子接线图、主电路控制原理图等硬件设计及梯形图软件设计内容。
目前，本文的太阳能集中供热自动控制系统已在辽工留学生公寓住宅供热控制系统中得到应用，经实践证明该系统具有高度可靠性和实时性，极大地提高了太阳能供热的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。
关键词：可编程控制器；恒温供水；变频器；恒压供水SummaryWith therapid socio-economicdevelopment and theworld's energytension, industrial and urbanresidents'quality of heatingand heatingincreasingreliability requirements, the use ofadvanced automationtechnology, controltechnology, designhigh-performance,high energy,able to adapt todifferentfield ofheating systemshas become an inevitabletrend.This paper first analyzes the solar central heating system, the basic characteristics of the automatic control and PID control theory thermostatic water tank and pump frequency operation described energy conservation principle, the design of a constant temperature, frequency control water supply control system.Thesystem is based onSiemensPLCand expansionmodulesto buildthe hardware platformdesign, the use oftemperature, water leveland pressuremeasurement transducer,the temperature ofthe water supplytankparametersto detect and control, according to thecollectedtemperature signalcontrolledinlet valveopenthe size anddegree ofthe heateroff.Wateron theofficial website of theend ofthe processpressureand waterleveldetection and controlparameters, and according tothe collectedpressureand water levelsignals to control thepumpfrequency operation, frequencyoperation, andstart and stopsequences.Thesisdescribes theI / Oallocation table, the external terminalwiring diagram,main circuitcontrol schematicsand other hardwaredesign andsoftware designladdercontent.Currently,thissolarcentral heatingsystems haveautomatic controlengineeringstudentsinLiaoningapartmentresidential heatingcontrol system has beenapplied,the system hasprovenhigh reliability andreal time,which greatly improved thequality ofsolar heatingandsave manpower,with obvious economicand social benefits.Keywords: PLC;temperature transmitter;inverter;pressure transmitter;LevelTransmitter目录第1章绪论 (1)1.1课题设计的背景 (1)1.2简述太阳能新能源的发展趋势 (1)1.3简述太阳能热利用的意义 (3)1.4任务及要求 (3)第2章系统设计方案 (5)2.1 系统总体设计方案 (5)2.2 液位控制系统设计 (6)2.3 温度控制系统设计 (8)2.3.1 太阳能热水系统辅助热源选择 (8)2.3.2 冷热水混合方案 (9)2.4 压力控制系统设计 (9)2.4.1 变频构成恒压供水系统的构成及工作原理 (10)2.4.2 变频调速原理 (12)2.5 日用水量的确定 (13)2.6 太阳能集热面积的确定 (14)第3章硬件电路设计与器件选型 (15)3.1 I/O分析 (15)3.2 PLC及扩展模块选型 (16)3.3 I/O分配 (17)3.4 调节阀 (18)3.5 压力传感器液位传感器的选择 (19)3.6 温度传感器 (21)3.7 电机水泵 (21)3.8 变频器 (22)3.8.1 变频器的型式选择 (22)3.8.2 变频器容量选择 (23)3.8.3 变频器箱体结构的选用 (23)3.9 电磁阀 (24)3.10 电加热器选择 (25)3.11 恒压供水配电电路图 (26)3.12 水泵控制主电路设计 (27)第4章数字PID及系统编程 (28)4.1 PID调节原理 (28)4.2 PID参数设置 (29)4.3 PID设定值的调整 (30)4.4 STEP7-Micro/Win32简介 (31)4.5 程序流程设计 (32)4.5.1 液位控制系统流程图 (32)4.5.2 温度控制系统流程图 (33)4.5.3 压力控制系统流程图 (34)4.5.4 主程序 (35)4.5.5 初始化程序 (35)4.5.6 控制程序 (37)4.5.7 自动程序 (38)4.5.8 手动程序 (40)第5章设计总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录Ⅰ (45)附录Ⅱ (46)附录Ⅲ (47)第1章绪论1.1课题设计的背景太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。
太阳能热水系统的设计与应用案例太阳能热水系统是一种利用太阳能直接或间接加热水的技术，它是一种环保且节能的热水供应方式。
在本文中，我们将探讨太阳能热水系统的设计原理，并通过一个应用案例来说明其实际应用价值。
一、太阳能热水系统的设计原理太阳能热水系统的设计原理基于太阳能的收集和转换。
主要包括太阳能集热器、热水储存装置、热水循环管道和控制系统。
1. 太阳能集热器太阳能集热器是太阳能热水系统的核心组件。
它通常由太阳能热管、平板集热器或真空管集热器等组成。
太阳能集热器的作用是将太阳辐射能转换为热能，并传导给储水装置。
2. 热水储存装置热水储存装置用于存储从太阳能集热器传导过来的热能。
常见的储水装置包括热水箱和热水储罐。
热水储存装置应具备一定的保温性能，以保持储存热水的温度。
3. 热水循环管道热水循环管道将储存于热水装置中的热水输送到使用点。
它通常由热水管、循环泵和阀门等组成。
热水循环管道的设计应合理，以确保热水能够高效地输送到各个使用点。
4. 控制系统控制系统用于监测和调节太阳能热水系统的运行状态。
它通常由温度传感器、控制器和执行机构（如阀门或泵）等组成。
控制系统可以实现自动控制、定时控制和温度调节等功能，以满足不同使用需求。
二、太阳能热水系统的应用案例以下是一家住宅小区中太阳能热水系统的应用案例。
该小区共有100户居民，为了满足居民们的热水需求，设计了一套太阳能热水系统。
该系统采用平板集热器作为太阳能集热器，并设置了50台热水箱作为热水储存装置。
所有的热水储存装置都通过热水循环管道连接起来，以实现热水的输送。
为了保证热水的稳定供应，系统还安装了控制系统，根据不同的需求自动调节太阳能热水系统的运行。
在实际应用中，该太阳能热水系统取得了显著的效果。
首先，它能够满足小区居民的热水需求，几乎不需要使用传统的电热水器或燃气热水器。
其次，太阳能热水系统的运行非常稳定，几乎不受外界环境影响。
再次，该系统的安装和维护成本相对较低，具有一定的经济效益。
太阳能集中热水系统设计实例分析摘要：随着太阳能应用水平和技术的不断提高，太阳能热水系统越来越受到人们的重视。
太阳能热水系统可提供近乎免费的生活热水，但其受天气影响难以全天候运行，需要设置辅助加热装置，而空气源热泵是较易实现且自身就有节能特点的热源形式。
本文结合某工程实例，谈谈太阳能集中热水系统的设计过程。
关键词：太阳能；集中热水系统；原理；节能目前我国大力提倡环境保护和建设节约型社会，动员和激励全社会节约和高效利用各种资源。
而太阳能以清洁、取之不竭、安全、经济效益好等显著优势，已越来越受到社会各方面的关注。
而在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的。
太阳能热水系统是吸收太阳辐射能为热源，将太阳能转为热能以达到加热水的目的的整套装置，包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。
本系统的最大优势在于，在日照充足条件下，整个系统运行成本几乎为零，这也是在太阳能比较丰富的地区以太阳能作为生产热水主要能源的重要原因。
下文结合工程实例，对空气源热泵辅助加热的太阳能集中热水系统（下文简称系统）的设计过程进行分析和探讨。
一、工程概况及设计原则某工程位于深圳，由3栋18层的小高层住宅，每栋分A,B座，每座每层4户，一层架空，每栋均设置独立的太阳能集中热水系统。
以其中1栋为例，热水用水定额80L/(人.d)，热水日最高用水量为38.08m3，最大时用水量为4.76m3/h，冷水计算温度ti=15℃，热水计算温度tend=60℃，设计小时耗热量为210.5KJ/h。
采用集中太阳能热水系统，配以空气源热泵为辅助加热。
在进行系统设计和产品选择时主要考虑了以下几个原则：(1)保证用户热水供应的连续性和稳定性。
平常尽可能多利用太阳能，日照不充足时通过可靠的辅助加热措施，保证用户随时使用热水；(2)采用成熟的太阳能热水技术，通过优化系统配置，控制初期建设投资，并避免复杂的后期运行维护管理；(3)与建筑设计同步进行，解决好与建筑一体化的问题，以及系统冬季防冻、漏电、防雷等安全问题；二、系统原理分析1、系统原理深圳地区在全国的太阳能条件方面属于资源一般区中的较高水平，年日照时数为1975h，水平面上年太阳辐照量5225MJ/(m2 •a)。
太阳能热水器供暖方案太阳能热水器供暖方案（通用5篇）为了确保工作或事情能有条不紊地开展，时常需要预先开展方案准备工作，方案属于计划类文书的一种。
那么制定方案需要注意哪些问题呢？以下是小编帮大家整理的太阳能热水器供暖方案（通用5篇），仅供参考，希望能够帮助到大家。
太阳能热水器供暖方案11.向水箱内加冷水打开冷水阀、调温阀、冷水经冷水管、冷水阀、调温阀、上下水咀输入水箱、待溢流管有水溢出时，关闭冷水阀，则上水结束。
2.放热水当水箱内水温达到温度时，打开热水阀、调温阀、喷淋头使温水流出供，如果喷淋头流出的水太热或太冷，通过调温阀和冷水阀来调节，到喷淋头流出的水温适宜为止。
3.电加热的使用如遇雨雪天太阳光照弱，太阳能热水器中的水温达不到温度，则可插上电源插头，对水箱中的贮水进行辅助加热，到适宜的温度时，切断电源，再用水。
作时只要按下漏电保护插头按钮，电源指示灯亮(红色)，电加热棒则开始工作，按下试验按钮，电源即被切断，电源指示灯灭，停止加热。
太阳能热水器供暖方案21、太阳能照射真空管，真空管集热器把水加热，通过循环系统将热水储存在保温水箱中。
如下图所示：集热器可以将水加热到50度，此时红色箭头所示为加热水循环，水温可达到系统要求，所以电加热是关闭的状态。
2、水温达到系统要求，通过换热器将热量换到地暖盘管中，再由地面均匀地向室内敷设热量，地板采暖系统如箭头所示进行系统循环。
3、当太阳能集热达不到地暖系统所需温度，开启电加热保证水温，如图所示，电加热为红色开启状态。
不同于一般安装在室内的电热水器、燃气热水器，太阳能热水器都是安装在室外，因此，还需要考虑室外环境情况，主要是以下几点：1）固定：防风固定一定要做好，一般安装都采用钢丝绳牵住太阳能支架，固定到周围比较坚固结实的地方，这样经济节约；另一种方法是预埋底座，将太阳能固定在底座上，相比钢丝绳，虽然造价会高一些，但是使用更加安全放心。
2）防雷：太阳能热水器多安装在楼顶，属于建筑物最高的地方，最好是在距离热水器50公分的地方安装上避雷设施，并且与建筑物避雷系统的地下引线相连接，起到避雷的作用。
太阳能供热系统设计与应用案例太阳能作为一种清洁、可再生的能源，被广泛应用于供热领域。
本文将以一个太阳能供热系统的设计与应用案例为例，介绍其工作原理、关键组成部分及应用效果。
一、太阳能供热系统概述太阳能供热系统是利用太阳能热量进行水加热或空气加热的系统，主要由太阳能集热器、热媒循环装置、热储装置和供热终端设备组成。
1. 太阳能集热器太阳能集热器是太阳能供热系统中的核心组件，主要用于将太阳能转化为热能。
常见的太阳能集热器包括平板式集热器、真空管集热器等。
在本案例中，我们选择了平板式集热器，其结构紧凑、成本较低。
2. 热媒循环装置热媒循环装置用于将太阳能集热器中的热量传递到热储装置或供热终端设备。
一般采用泵将热媒液体循环输送，以实现热能的传递。
在本案例中，我们选择了循环泵来完成这一任务。
3. 热储装置热储装置用于储存太阳能热量，以满足夜间供热或连续阴天时的需求。
常见的热储装置有水箱热储装置和岩棉热储装置等。
在本案例中，我们选择了水箱热储装置，其操作稳定、造价相对较低。
4. 供热终端设备供热终端设备用于将太阳能热能传递给用户进行供热，可以是辐射型供暖设备、热水器等。
在本案例中，我们选择了辐射型供暖设备，以提供舒适的供热效果。
二、案例描述本案例中，我们为一座住宅小区设计了一个太阳能供热系统，以实现住户冬季供暖的需求。
该系统由多个独立的太阳能供热子系统组成，每个子系统为一栋建筑服务。
1. 系统设计方案根据小区建筑情况和燃烧设备使用情况，我们为每个子系统设计了一个独立的太阳能供热系统。
每个系统由一组平板式太阳能集热器、循环泵、水箱热储装置和辐射型供暖设备组成。
2. 系统安装与调试在系统安装过程中，我们将太阳能集热器安装在每栋建筑的南向屋顶上，确保能够充分接收太阳辐射。
同时，将循环泵、水箱热储装置和供热终端设备分别安装在室内合适位置。
完成安装后，我们进行了系统的调试工作。
确保各组件之间的连接正常，热媒液体能够顺利循环，水箱热储装置能够稳定储存热量。
例析集中式太阳能热水系统设计1 前言用太阳能加热低温热水（小于100℃）的太阳能热水系统，是当前太阳能利用中技术最成熟、经济上最具竞争力、应用最广泛、产业化发展最快的领域。
笔者根据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）和《建筑給水排水设计规范》GB50015-2003（2009版），整理出集体宿舍太阳能加热系统的设计计算方法和步骤，供工程设计参考。
集体宿舍太阳能热水系统由两个循环系统和一个辅热系统组成。
循环一是由太阳能集热器、集热系统循环泵、定压膨胀罐、和相应管道阀门组成。
循环介质为传热工质，温度控制器S1和S2分别设置在水箱底部和集热系统出水口，温度传感器的信号传送到控制器T1中。
当二者温差大于某数值时（一般设定为5～10℃），控制器控制循环泵1开启，经太阳能集热器加热的传热工质将集热系统的热量传输到水箱，当二者温度差小于设定汁时（一般为2～5℃），循环泵停止工作。
循环二是热水供应系统循环，以保证用水温度的均衡。
辅热系统由电加热器及相应管道阀门组成，当冬天或阴雨天气，太阳能热水系统效能差时才使用。
在采用辅助热源加热时，当储热水箱内的水温已达到设定水温时，水温通过控制器使电加热器停止，待储热水箱水温降到设定的低水温时再开启电加热器。
2设计计算步骤和方法2.1设计小时耗热量：Qh=Kh·Qd （2-3）Kh——小时变化系数这里需要说明的是，设计小时耗热量与高日高时热水用量有关，但与太阳能热水系统供热量并无直接联系，因为当太阳能热水系统制备的热水储存在贮热水箱内后，热水是由水箱供给，若水箱的容积足够大，则系统供热量最小不小于平均小时耗热量即可，为了提高保障性，可乘1.3～1.5的保险系数。
2.2 设计秒流量、热水循环流量：（1）设计秒流量公式qg= 0.2α （2-5）（2）热水系统的热水循环流量计算，全天供应热水系统的循环流量按下式计算：qx= QS/C （L/h）（2-6）式中：qx——循环流量，L/h；C——水的比热，4.187KJ/（kg·℃）；QS——配水管道系统的热损失KJ/h，可按设计小时耗热量的3%～5%采用；——配水管道的热水温差，℃，一般取5～10℃；2.3太阳能集热器总面积的确定（1）直接式系统集热器总面积：Ac= [QWcρr（tend-tL）ƒ]/[JTηcd（1-ηL）] （2-7）式中：Ac——直接式系统集热器总面积，m2 ；QW——日平均用热水量，L/d ；ρr——热水密度，kg/L ；tend——贮水箱内水的终止设计温度，℃；tL——水初始温度，℃；ƒ——太阳能保证率，无量纲，根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性能及用户要求等因素综合考虑后确定，一般在0.30～0.80范围内。
8.9 太阳能热水系统设计实例8.9.1 设计施工说明一、设计依据（1）《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003（2）《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（3）《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T 18713-2002二、设计参数1、气象参数年太阳辐照量：水平面4657.516 MJ/m2，30°倾角表面4913.953 MJ/m2年平均日辐射量：12.736MJ/m2，31.4°倾角表面13.447 MJ/m2年平均每日的日照小时数：5.5h；年平均温度：15.7℃2、热水设计参数日最高用水定额100 L/(人·d )日平均用水定额60 L/(人·d )设计热水温度：60℃设计冷水温度：17℃3、常规能源费用电价：0.61元/kW·h（2009年价格）天然气价格：2.5元/m3（2009年价格）4、太阳能集热器性能参数集热器类型：真空管集热器集热器规格：1.81m2三、工程概况（1）建筑说明本工程位于上海某住宅小区，上海的地理位置为：北纬31°10’，东经121°26；该’建筑为两层别墅，正南朝向，为坡面屋顶，建筑面积：250m2，一层有一个卫生间一个厨房，二层有两个卫生间，热水用水点共有8个。
（2）生活热水供应设计太阳热水系统为局部（独立）间接供水系统，24小时全日供应热水，设置单水箱既作为贮热水箱又作为供水箱；太阳能集热器通过预埋件以嵌入式安装在坡屋面上；水箱等放置在底层车库内，辅助热源为电加热器。
8.9.2热水系统负荷计算1、用水人数该别墅用水人数为5人计。
2、系统日耗热量、热水量计算（1）系统设计日用热水量qqmrdr式中q rd—设计日热水量，L/d；q r — 热水用水定额，L/(b ·d )；m — 用水计算单位人数，人数。
则 d L q rd /500=（2）系统平均日用热水量q W ar Q m =式中 Q W — 平均日用热水量 L/d ；q ar — 日平均用水定额，L/(人·d )；m — 用水计算单位人数，5人；取m=5人；q ar =60L/(b ·d )；则 Q W =300 L/d（3）设计小时耗热量计算、设计小时热水量计算设计小时耗热量：h ()86400r r L h mq c t t Q K ρ-= 式中 Q h — 设计小时热耗量，W ；m — 用水计算单位人数，5人；q r — 热水用水定额，100L/(人·d )；c — 水的比热容，c=4187J/(㎏·ºC)；ρ — 热水密度，㎏/L ；t r — 热水温度；t L — 冷水温度；K h — 小时变化系数，通过表查取别墅的小时变化系数为4.21。
太阳能集中热水系统设计实例与分析摘要通过太阳能集中热水系统在住宅小区的设计实例,介绍其工作原理、设计要点以及在实际工程中的可行性。
关键词太阳能集中热水实例前言目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展，家用太阳能热水器走进了千家万户。
太阳能热水器具有节约能源、减少环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。
据资料显示:河北省年平均日照量在2400~3100小时之间,太阳能的利用具有很大的潜力。
但是有些项目太阳能热水系统尚未完全纳入建筑设计,一些住户在购买商品房后只能各自安装太阳能热水器。
由于没有统一的规划, 太阳能热水器在布置上很零散，不仅可靠性差，而且影响建筑整体美观。
若采取统一设计，集中规划，将会使这一状况得到有效改观。
现结合保定市新一代高层居住区（C区）二期工程中12#楼太阳能集中热水系统来进行方案阐述和应用分析。
1工程概况本工程热水量要求每户按100升/日计算，跃层的按两户设计，单身公寓按一套设计。
12#楼四个单元合计90户。
一单元合计36户，二单元合计32户，一、二单元合为一个系统，总用水户数共68户，设计用水量6.8吨/日。
三单元合计28户，四单元合计32户，三、四单元合为一个系统，总用水户数共60户,设计用水量6吨/日。
供水温度：50ºC；设计恒温水箱水温为50ºC;供水时间：全天24小时；辅助电加热：本工程将电加热和储热水箱分离，通过循环水泵使水在水箱和加热装置间进行循环，既可以提高电加热的使用寿命，也方便维修；给水系统：主管路采用变频及循环给水，保证主管路中的水恒为热水；冷水计算温度：当地地表水温为10-15 ºC，取10ºC(以春秋季节计算)。
2太阳能系统运行原理考虑到每套太阳能控制系统在楼顶，对系统的监控比较麻烦，并且考虑到强任凤彦，男，1969年1月，大学，高级工程师电和弱电分离等因素，本工程设计远程控制显示器及楼顶强电控制柜，根据控制目的配置一套远程监控控制显示器放置在楼内值班室或控制室内（距屋顶1000米范围以内）。
**宾馆太阳能洗浴系统集中供热水工程设计方案太阳能是大自然赋与人类取之不尽的清洁能源, 太阳能装置与电热机组联合供热水系统充分利用了太阳能热水和电热机组的各自优点，可在宾馆洗浴系统中实现24小时热水供应，节约了能源。
随着经济的发展，能源紧张以及环境问题亦日益突出。
如何更多更好地利用自然能源，特别是低品位能源，避免和减少环境污染，缓和能源紧张问题早已是人们所关注的课题。
太阳能是大自然赋与人类取之不尽的清洁能源，充分利用它服务于人们的生产、生活，是人们长期以来的愿望。
太阳能集中热水系统就是其具体的利用方式之一。
这种系统构造简单、投资少，在我国大部分地区非常适用。
一、太阳能热水供应系统的优势与常规热水供应系统相比，太阳能热水供应系统具有以下优势。
1．资源丰富。
太阳能数量巨大，且取之不尽用之不竭。
我国太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上的地区，年辐射总量大于502万kJ/m2，年日照时数在2000小时以上。
2．技术日趋成熟。
在国家重点扶持和科研、生产部门的不断努力下，国内太阳热水器生产已初具规模，部分产品已达到或超过国际先进水平，太阳热水器的产业化和产品质量的提高，为太阳热水器进入市场创造了条件。
3．良好的实用性。
太阳能热水系统可实现连续供水，而且费用低于常规热水系统。
连续供水还可减少管道腐蚀，延长管道寿命，并保证水质清洁。
4. 无以伦比的环境效益，太阳能是无污染能源，这是其它能源所无法比拟的，在环境污染日趋严重的今天，这一点更为重要。
二、工程基本情况根据用户提供的资料，本工程最多时洗浴人数约50～80人/天；热水平均温度为45～55℃（以春秋季为准）；电辅助加热需约24 KW，集中循环式辅助加热。
三、控制原理及运行：太阳能装置与电热机组联合供热水系统设计家用太阳热水器通常采用自然循环式，对集体用大规模太阳能热水系统，则需采用定温放水直流式或强制循环式。
一般强制循环式太阳能热水系统采用图1所示的工作原理。
太阳能热⽔系统设计范例螂1 、术语和定义莈太阳sun太阳系的中⼼天体。
可视其为K的全辐射体。
它是地球上光和热的源泉。
太阳能solar energy 从太阳发射、传播或接收的辐射能。
⾼度⾓altitude从地平圈沿某天体所在地平经圈量⾄该天体的⾓距离。
以地平圈为零，向上为正，向下为负。
单位为度（°）。
太阳⾼度⾓solar altitude膆⽇⾯中⼼的⾼度⾓，即从观测点地平线沿太阳所在地平线圈量⾄⽇⾯中⼼的⾓距离。
⽅位⾓azimuth从天球⼦午圈沿地平圈量⾄某天体所在地平线圈的⾓距离。
以南点为零点，向西为正，向东为负。
单位为度（°）。
太阳⽅位⾓（2）solar azimuth ⽇⾯中⼼的⽅位⾓，即从观测点天球⼦午圈沿地平圈量⾄太阳所在地平经圈的⾓距离。
莃⾚纬declination⾚道坐标系中，天⾚道与某天体沿所在时圈量度的⾓距离。
以天⾚道为零，向北为正，向南为负。
单位为度（°）。
太阳⾚纬（S）solar decli natio n⽇⾯中⼼的⾚纬，即从天⾚道沿太阳所在时圈量⾄⽇⾯中⼼的⾓距离。
春（秋）分时为°，⼀年之内在⼟90°'之间变化。
时⾓hour angle从天球⼦午圈沿天⾚道量⾄某天体所在时圈的⾓距离。
以天球⼦午圈为零，向西为正向东为负。
单位既可为时（h）,也可为度（°）。
（3）solar hour an gle袂太阳时⾓⽇⾯中⼼的时⾓，即从观测点天球⼦午圈沿天⾚道量⾄太阳所在时圈的⾓距离。
真太阳⽇apparent solar day ⽇⾯中⼼连续两次上中天所经历的时间。
真太阳时apparent solar time 由⽇⾯中⼼的时⾓量度的计时系统。
平太阳连续两次下中天所经历的时间。
辐射radiation能量以电磁波或粒⼦形式的发射或传播。
辐〔射〕能（Q）radiant energy以辐射形式发射、传播或接收的能量。
单位为焦〔⽿〕（J）。
太阳能热水器集中供热系统设计实例
作者：陈伟日期：2002-4-18
0 前言目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展。
家用太阳能热水器走进了千家万户。
据资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。
浙江省年平均日照量在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。
但是太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙把热水引下,在外墙凿洞进入室内。
由于所采用的塑料管颜色不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动,极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。
针对上述情况,笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设计内容之一,以避免上述情况的出现。
本文是太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用情况,不足处敬请同行指正。
1 工程概况该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。
前三期未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热水器而引起的邻里纠纷不断。
四期建筑面积4.2万m2,都为6层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。
供水方式为小区消防生活水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。
水池集中设置在小区绿化带内。
结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做法。
决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工,并同步交付使用。
设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、充分发挥设备功效。
2 太阳能热水器的选型浙江省市场上太阳能热水器品牌繁多,所以选型是整个设计的关键。
设计人员协同开发商本着如下原则选型:①生产厂家应具有多年的生产经验、技术力量雄厚,有完善的售后服务体制。
②太阳能热水器贮水箱耐腐蚀、无毒、保温性能好、外形美观。
③要求产品热效高、强度大、质地轻、设备运行可靠、故障少。
④价格合理,以减少
开发商的投资。
经多方比较后,确定选用带卧式副水箱全自动型产品(坡屋顶式)。
该型号适用于坡屋顶,克服了现有技术各种太阳能热水器重心高,在坡屋顶上安装困难等缺点,安全可靠、外形平整,成片安装整齐美观。
安装贮水箱位置由建筑专业做相应处理。
表1为该产品与浙江省家用太阳能热水器地方标准的比较情况,表2为该产品性能参数。
表1 选定产品与省标比较表2 性能参数从表2中可以看出该产品具有以下优点: (1)集热效率高。
外表面采用选择性Al一N/Al吸收涂层,该涂层对太阳能吸收率高达0.93以上,发射率＜0.060内外管间真空度＜5×10-3Pa,空晒温度可达250℃左右;夏季水温可达90℃,冬季也能产生45℃以上热水。
(2)保温性能好。
该水箱保温层由高效保温材料聚苯乙烯与聚胶脂发泡而成,保温性能是普通聚苯乙烯泡沫板的3倍,能保温48h以上。
(3)使用寿命长。
产品外壳采用进口双涂彩板和不锈钢,防腐抗老化性能好。
真空集热管采用特硬高砌硅玻璃制造,能承受0.6MPa压力和2.5cm冰雹,理论寿命为15年。
3 全自动型工作原理位于住宅单元底层的上水阀处于常开状态,自来水经上水管及卧式副水箱中浮球阀自动上水,水满后浮球阀自动关闭。
在使用时,主水箱中的热水经热水管及各配水点流出,副水箱中的水给主水箱补充,副水箱水面下降、浮球阅下降并自动补水,主水箱在自动运行状态下总是充满水。
副水箱的水是通过一个混水装置补进主水箱的,可保证在使用热水时,主水箱中的热水缓慢均匀降温,避免骤冷骤热现象的发生。
而且当自来水水压不稳时,只要夜间或其它时间自来水水压恢复正常,一小段时间后冷水即通过副水箱的浮球阀自动补满。
因进水口在水平面之上,故再停水时水也不会倒流。
4 设计过程 4.1集热采光面积的确定太阳能热水器的采光面积与集热器的热性能、使用期间的气象条件、用户所需的水量和水温等诸多因素有关。
该住宅小区设计热水量为120L/(人·d),在计算热水量时每户按4人考虑。
每一单元热水量V=120×4×12=5760L。
按每平方米集热面积可产40℃热水80L计算,则一个单元需真空管集热面积为72m2,选用12排ZT24（1.5)型太阳能热水器。
联接方式为并联的集热器组并联,如图1。
该系统具有自动补水功能,无人值班,通过自动控制的水泵循环换热。
即使单支集热管损坏,整个系统照常运行。
4.2 循环系统为避免管网内积存有冷水的情况,设计时采用循环泵强制循环的方式,采用温度控制器控制泵的循环。
室内管道设计为串联式,
以加大各支路水头损失,使得各支路循环阻力相对平衡。
循环水泵的扬程应足以克服管道阻力,流量取2L/(min·m2)的集热面积。
循环水泵采用单相式,安装位
置设在系统上部,因安装在室外,设计时采取安装防护罩的保护措施。
考虑到其电能的收费问题一直是房管部门及住户最伤脑筋的事,既不能及时收取电费还影响邻里关系,设计采用CKJ-F3型楼宇公共用电均分器。
该产品由固态双向晶闸管分时输流导通,达到均分电能的目的,由于集成电路振荡器周期误差近似零,均分器精度较高。
安装时只须与单元各用户电表相连,然后把负载输入端子与水泵相连即可。
4.3 热水管道布置及计量在进行给排水设计时将室内热水管纳入住宅厨卫设计中、合理布置。
厨卫间太阳能热水管集中设于管道井中,热水支管暗敷在墙内。
因每户拥有两套卫生间及一套厨房,用水点分散;因楼面采用预制险板及厨卫部分楼面为现浇板,配水管采用暗敷不可行,明敷则影响美观。
故采用每个卫生间和厨房分设管道井。
本工程在每户卫生间及厨房间分别设置冷、热水远传式水表。
4.4 管材的选用及保温因屋面热水管长期暴露在外,受太阳曝晒。
阳光中的紫外线加速管道老化,所以设计时选用了黑色的铝塑复合管,室内热水管为桔红色热水型铝塑复合管。
铝塑复合管导热系数远小于铜管,
一般情况下总热损失小于铜管。
这样相应减少循环流量,降低运行成本。
屋面保温材料采用单面开口高发泡聚乙烯管壳,厚度不小于15mm,保温材料包覆后,屋
面热水管应外缠两道宽度为100～120mm,厚度为0.22mm黑色聚氯乙烯薄膜保温层,保护层外表用1mm浸塑铁丝扎紧,间距为400～450mm。
4.5 太阳能集热
器的安装方位集热器的最佳布置方位是朝向正南,允许向西偏离15。
以内,否则
将影响热水器表面上的太阳能辐射强度。
集热器倾角的确定,根据全年使用经验公式a=ψ+(50～100) 式中a----集热器的倾角; ψ----
当地纬度。
衢州市所处纬度为29。
,得倾角为 a =290 +80 =370 太阳能热水器前后排不挡光的最小距离可由下式计算:
S=(H/tgas)×cosγs 式中S----不挡光最小距离; H----集热器
前面物体高度; a----太阳高度角; γs----方位角,本设计该值取0。
本设计结合当地具体情况按相隔1.8m考虑。
5 安装要点
(1)按照设计确定的集热器最佳布置方位安装不锈钢支架、主水箱和尾座。
(2)因玻璃真空集热管空晒会产生200℃左右的高温。
如立即上水将会使真空集
热管炸裂。
所以安装时应从纸箱中取一支装一只。
先往集热管中灌水,套上装饰圈用肥皂溶液涂抹集热管口部的外壁约10～15cm长使之润滑。
边旋转边缓慢插入水箱孔内硅橡胶封水圈中,然后将集热管小心地旋转后退,使集热管尾部退入尾座箱塑料托底部。
(3)选择好朝向,安装支架、主水箱和尾座,热水器支架四个脚应分别安装L型铁片,并用险埋好。
调整好各部件位置,并用抱箍带将水箱固定,防止大风将热水器掀翻而造成事故。
(4)安装时应注意不可把出气孔堵塞,否则会因正压鼓坏或负压抽瘪损坏热水箱。
(5)安装副水箱的顺序是:将连接主副水箱的塑料管涂上皂液,经检修孔由副水箱内向外穿出,再插向主水箱上部对应的孔内,同时套上环状保温垫,最后在安装并收紧副水箱的包箍带后,将副水箱内的塑料管再次用力按一下,使之插到位防止渗漏。
(6)太阳能热水器各支架与屋面避雷网可靠连接,以防雷击。
(7)集热系统的感温元件应安装在最后一块集热器的出水处,而不要安装在回水管路上,否则感温元件不能及时反映热水器中的水温,造成系统集热效率下降。
6 小结该太阳能热水系统出水水质清洁卫生,住户入住后该热水系统受到了好评。
虽然太阳能热水器的初装费用较高,但一次投资,多年受益,不必增加后续费用。
但也存在阴雨天或日照不足时无法使用的问题。
笔者与厂家联系后解决办法是每户增加辅助电加热器。
该加热器采用热管导热技术和特殊的高效水电隔离技术、独特的防干烧装置和可靠的漏电保护插头,使得太阳能热水系统全天候供应热水成为可能。
