太阳能参数说明文档格式.docx

1、太阳能以电磁波或粒子形式的发射或传播。 其能量主要集中在短波辐射范围内。地外日射extraterrestrial solar radiation地球大气层外的太阳辐射。太阳常数（Esc） solar constant地球位于日地平均距离处，在大气层外垂直于太阳辐射束平面上形成 的太阳辐照度。总日射global solar radiation水平面从上方接收到的半球向日射。总日射辐照度（Eg） global solar irradiance总日射在水平面上形成的辐照度。地球辐射terrestrial radiation地球（包括大气）发射的电磁辐射。其能量主要集中在长波辐射范围内。 大气辐射at

2、mospheric radiation大气分子及微粒发射的电磁辐射。 大气辐射辐照度 atmospheric irradiance给定平面上由n Sr立体角内的大气辐射形成的辐照度。全辐射total radiation全部波长的辐射，即太阳辐射与地球辐射。日照sunshine可使地物投射出清晰阴影的直接日射。日照时数sunshine duration地表给定地区每天实际接收日照的时间。以日照记录仪记录的结果累计计 算。单位为小时（h）。可照时数 du rati on of possible sun shine（1 ）地表给定地区每天可能接收日照的时间。以日出至日没的全部时间计算。它完全由该地区

3、的纬度和日期决定。单位为小时（ h） o（2 ）地表给定地区每天实际可能接收日照的时间。以日出后至日没前直射辐照度达到或超 过日照百分率percentage of sunshine日照时数占可照时数的百分比。太阳热水系统solar water heating system ； solar hot water system将太阳能转换为热能并在必要时与辅助热源配合使用以加热水所需的子系统与部件的组合。液体型集热器liquid type collector以水或其他液体作为传热工质的太阳集热器。空气型集热器 air type collector以空气作为传热工质的太阳集热器。平板型太阳集热器 fl

4、at plate （ solar ） collector吸热体基本为平板形状的非聚光型集热器。真空管集热器evacuated tube collector管壁与吸热体之间抽成一定真空度的透明管（常为玻璃管）制 成的非聚光型集热器。体具有选择性表面。 其吸热聚光型集热器 concentrating collector利用反射器、透镜或其他光学器件使入射在采光口上的太阳辐射改向并集中射在吸热体上的太阳集热 器。其吸热体面积小于采光面积。温差控制器differential temperature controller能监测微小温差并以此温差控制泵及其他电动装置的部 件。换热器heat exchang

5、er太阳加热系统中，使传热工质与其他不同温度的流体进行热量交换的部件。储热器thermal storage device太阳加热系统中，装有储热介质的容器及其附件所组成的部件。该储热 介质蓄存了太阳能。储水箱storage tank太阳热水系统中，蓄存热水的容器及其附件所组成的部件。 辅助热源auxiliary thermal source太阳加热系统中，为了补充太阳能系统的热输出所用的非太阳能加 热部件。其中常以电能或燃料化学能作为能源。非选择性表面nonselective surface在一定波长范围内，反射比、吸收比、透射比和发射率等光学性能与入射辐射波长无矢的材料表 面。选择性表面 s

6、elective surface在一定波长范围内，反射比、吸收比、透射比和发射率等光学性能随入射辐射波长不同有显著变化 的材料表面。采光面积（A） aperture area集热器采光平面上接收太阳辐射的最大投影面积。单位为平方米（m）。集热器总面积（Ag） gross collector area集热器采光平面上包括外壳边框在内接收太阳辐射的最大投 影面积。单位为平方米（ m）倾斜角tilt angle斜放物面与地平面之间所夹的锐角。工质进口温度（t i） fluid inlet temperature集热器进口处传热工质的温度。单位为绝对温度（K）。 工质出口温度（t ） fluid ou

7、tlet temperature集热器出口处传热工质的温度。单位为绝对温度（K）。工质平均温度（t m） mean fluid temperature传热工质在集热器中的平均温度。环境空气ambient air部件或器件周围的室内或室外空气。环境空气温度（ta） ambient （air ） temperature在部件或 器件周围测得的环境空气的温度。单位为绝对温度（ K）传热工质heat transfer fluid （1）流经集热器并将吸收的热量从集热器输出的液体或气体；（2）在太 阳能系统的子系统或部件之间传递热量的任何流体集热器效率collector efficiency传热工质从太

8、阳集热 器中获得的能量与入射在集热器采光面积上的太阳辐射能量之比。集热器瞬时效率 （n ） instantaneous （collector ） efficiency稳态或准稳态下，规定时段（常为 min）内，传热工质从太阳集热器获得的能量与同时入射在集热器采光面积上的太阳辐射能量之比。额定工作压力（Pm） nominal working pressure设计制造时所推荐的吸热体允许承受的传热工质工作 压力。单位为帕（ Pa）。太阳能加热系统solar heating system将太阳能转换为热能并在必要时与辅助热源配合使用以提供加热所需的子系统与部件的组合。其中主要 包括集热器子系统与输配

9、子系统。自然循环系统natural cycle system仅利用传热工质内部温度梯度产生的密度差所形成的自然对流进行 循环的循环系统。强制循环系统 forced circulation system利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器与储热器 （或换热器）进行循环的循环系统。卫生器具 plumbing fixture fixture供水并接受排出污废水或污物的容器或装置卫生器具当量fixture unit以某一卫生器具流量给水流量或排水流量值为基数其它太阳能保证率solar fraction太阳能供热采暖系统中由太阳能部分供给的热量占系统总热负荷的百分率2、太阳能热水系统分类与选型2

10、. 1分类运行方式特性适用场合自然循 环不用任何常规能源和附件，设备简单，运行可 靠，成本低。水箱安装位置咼于集热器。热效 率的，循环管直径随系统采光面积增加而变动 较大。水电供应不足的地区水箱位置高于集热器时采光面积较小（一般小于30m）无人管理直流式水在集热器中受太阳辐射热效率比自然循环咼20%随时可用热水，水箱安装位置不受限制需要较 好的控制系统保证运行质量的可靠当天的热水 尽可能用完，否则影响第二天的运行水电供应稳定地区适用随时提供热水集热器数量较多，管道 较长，总压头损失较大水箱位置低于集热 器春夏秋季使用强迫循环热效率（在冬季）较咼，水箱位置。管道布 置、集热器排列比较方便、不受地

11、位限制采用 过冬热水系统时，集热位置咼于水箱，日照值 较低时不适合工作供电稳定集热器数量较多，管道长，总压 头损失较大集热器位置高，水压较低无法保证供水水 箱低于集热器适用于过冬热水系统全年太阳能热水器按有无换热器可分为： 直接系统和间接系统。直接系统在集热器中直接加热供水，间接系统时利用换热器间接加热供水。太阳能热水系统控制方式可分为：定温控制、温差控制、光电控制、定时。强制循环系统宜采用温差控制；直流式系统宜采用定温控制；直流式系统的温控器应有水满 自锁功能；集热器用传感器应能承受集热器的最高空晒温度，精度为士 2 C ；贮水箱用传感器应能承受100 C，精度为士 20 C 3。2.2太阳

12、集热器选型2. 2.1、集热器类型目前国内使用的太阳集热器类型主要有平板型太阳集热器、 真空管太阳集热器、热管真空管太阳集热器、U形管真空管太阳集热器4。种类适用情形平板型保温性能不如真空管太阳集热器，适合在春、夏、秋二季使用真空管 在25C的低温条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，冬季利用太阳能的效率最高，但存在炸管泄漏问题执管可在50C条件下使用，但热管冷凝端（加热端）表面积仅是真空管的百分之 一，易结水垢，换热效果不如真空管，且使用效果直接受到热管本身质量和寿命 的影响，部分热管出现质量下降和衰减问题，不容易被发现，且成本咼U形管不存在炸管泄漏问题，但由于U形管怕冻，因此必须采用防冻液

13、介质循环，成 本相对也高。222集热器运行条件运行条件集热器类型平板全玻璃真空热管式空U型管运行期最低温度HOCV0C（除 a）V （除 b）自然循环直流强制循环V （除 c）a、 采用防冻措施或直流排空系统可选b、 若不采用防冻措施，应注意最低环境温度计阴天持续时间c、 在采用高位卸压水箱的情况下可选2.3太阳能热水器系统蓄热方式选取系统形式蓄热方式贮热水箱地下水池土壤埋管卵石堆液体工质集热器短期蓄热系统3液体工质集热器季节蓄热系统空气集热器短期蓄热系统V表不可选，3表不不可选。3、 实际工况概述与要求该宾馆位于沈阳，共有250间客房，屋面为混凝土防水平屋面。原利用天然气热水锅炉提供热水，为

14、了 降低运行费用及环保，现设计用太阳能系统提供热水， 辅助热源为现有锅炉。鉴于该太阳能热水系统用于宾馆客房洗浴的特点，方案设计应充分考虑以下问题：3.1系统应保证全天24小时供应热水，以方便使用和管理；并考虑在热水用量突然显著增多的特殊用 水情况下，确保热水的供应；3.2系统应配置辅助加热设施，以解决阴雨天或太阳能不足时的热水供应问题；同时应优先利用太阳能加热，以达到节能降耗的目的；3.3应结合系统所处地域特点，考虑冬季防冻等相尖问题；3.4在保证质量及使用要求前提下应尽可能降低造价，提高系统性价比。4、 系统基本设计4.1根据沈阳地区全年气温普遍较高的特点，选用热效率高、经济实惠的玻璃 金属

15、真空管式太阳集热器。4.2采用太阳能与锅炉辅助加热联合供热水的系统方案，并优先利用太阳能。当阴雨天或太阳能不足时，用锅炉辅助加热补充热水，并充分利用太阳能，最大限度地减少用气量，降低运行费 用。4.3太阳能系统设计为直流式定温放水太阳热水系统，达到充分利用太阳能。直流式系统分虹吸式和定温放水型。定温放水型特别适合大型太阳能热水装置， 布置也较为灵活，缺点是要求性能可靠的电磁阀和控制器，从而使系统较为复杂，在当前的技术条件下，值得推广。直流式热水系统按控制方式有3种：一是流量控制式，适用于大面积系统。当水压不足时为克服管道阻力可在系统中加入小型水泵。二是温控阀控制式（或膨胀阀控制式）适用于小面积

16、直流热 水系统。该系统因不用常规能源又获得较多的系统效率而得到用户的欢迎。 三是电磁阀控制式，大小面积都适用，但还未有专用电磁阀。4.4冬季管路防冻采用低温时水泵自动循环和自限温伴热带自动启动的双重防冻设计，防止管路结冰冻 坏。4.5采用工业级CPU可编程电脑控制器，实现太阳能系统的全自动化、智能化，确保控制系统的可靠 性，实现自动化运行，并可以根据用户的实际需要修改控制程序， 使太阳能系统实现真正意义上的全自动控制和智能化管理。4.6热水供应采用变频增压循环供水方式，为了减少热水循环的热损失，在热水回水末端加装一个可根 据管道水温自动控制的电磁阀。当管道温度低于 40C时，电磁阀自动打开；当

17、热水循环使管道水温达到水箱水温时，电磁阀自动矢闭。综上所述，不同类型的产品各有其优缺点。我们认为：选择全玻璃真空管太阳集热器比较合适，热效率 高，经济实用，是目前国内市场普遍使用 ，生产成熟的产品。5、系统运行原理系统运行原理如上图所示。S5.1正常情况下，太阳能定温加热在光照条件下， 当太阳集热器内水温达到设定水温时 （可在0100C之间任意设定，一般设定在4555C之间），电脑控制器使供冷水电磁阀自动打开，自来 水进入太阳集热器底部，同时将太阳集热器顶部达到设定温度的热水顶入储热水箱；当太阳集热器顶 部水温低于设定温度时 （一般定在4045 C之间），电脑控制器使供冷水电磁阀自动矢闭。如此

18、运行，不断将达到设定温度的热水顶入储热水箱储存。5.2储热水箱满水位时，太阳能温差循环加热当储热水箱水满时，为了防止水满溢流，电脑控制器使太 阳能系统自动转入温差循环。 当太阳集热器水温高于储热水箱水温时， 循环水泵自动启动，将储热水箱内较低温度的水泵入太阳集热器继续加热， 同时将太阳集热器内较高温度的热水顶入储热水箱。通过使储热水箱水温升高的方法储存太阳集热器吸收的太阳能。当用户使用热水，使储热水箱水位下降后，电脑控制器使太阳能系统自动转入定温加热。5.3太阳能不足时，自动启动辅助加热电脑控制器将随时监测储热水箱水温，当水箱水温达不到使用要 求时，自动启动锅炉加热，以保证热水供应。5.4储热

19、水箱水位控制PLC控制器将随时监测储热水箱水位。在天气正常的情况下，储热水箱的水位在一天中不同 的时间将达到不同的水位。如果在某一时间内，储热水箱的水位没有达到正常的水位， 说明太阳能产热水不足或用户用热水过度， 此时，PLC控制器使辅助能源自动启动， 当达到正常水位时，PLC使辅助能源自动停止。5.5储热水箱水温控制当由于循环散热等原因，使储热水箱的水温低于设定值时（一般应设定在 4555C之间），PLC控制器会自动根据情况选择加热方式。 当太阳能正常时，自动启动太阳能循环水泵， 通过太阳能加热储热水箱内的水； 助加热自动停止。5.6用热水采用变频恒压循环供热水方式， 热水的效果。5.7系统

20、远程监控控制器配备的中文显示器可放在当太阳能不足时，自动启动辅助加热，加热到设定温度，辅 一方面减少电能的消耗，一方面保证打开淋浴喷头很快就出2 000m内的地方，显示太阳能系统的水温、水箱水温及水量、各控制终端设备（如循环泵、电磁阀、辅助加热等）的运行、故障信息等，并可使用显示器的功能 键控制终端设备的运行和设定各种变量值。系统配备的控制器还预留有网络接口，可以实现远程计算机 监控、数据存储及程序升级。5.8该宾馆太阳能热水系统设计特点 5.8.1与建筑一体化。由于该屋面不完全是坡屋面，而是凹面扇形结构。为与屋面协调一致，太阳集热 器成扇形结构平铺在坡屋面上，较好地实现了与建筑的结合。5.8

21、.2系统安全可靠。充分考虑了防风、防雷、防冻、抗冰雹、防漏电、防高温，保证系统安全。5.8.3优先和充分利用太阳能。电脑控制器会根据天气情况准确计算辅助加热启动时间，以最大化利用 太阳能，节约常规能源；辅助加热补水通过太阳集热器， 即使在阴天太阳能只起一点作用时，也能将其充分利用起来。5.8.4CPU智能控制，全自动运行。采用西门子工业级C PU，运行稳定可靠；具有计算功能，准确计算 辅助加热启动时间，充分利用太阳能；可实现远程监控及程序升级；可显示水温、水量（精确到 1L）、太阳能运行状态、故障信息。5.8.5设计了暖气换热系统，节约燃油。经计算，换热热量不影响采暖；优质板换换热，只要有5C

22、温差 即可换出热量；体积小，安装非常方便。5.8.6设计了应急操作系统。保证维修期间的热水供应，如果太阳能系统出现问题，可以启动应急操作 系统，保证维修期间热水供应。5.8.7热水供应采用变频技术。保证热水恒压供应，同时节约电能消耗。6、太阳能热水系统设计计算6.1基本参数6.1.1用水人数按房间为标准间算，每间 2个人，共250间客房，即500人。6.1.2用水定额根据建筑给排水设计规范，宾馆每床位每日最高日用水定额为 120-160L,选取最低限量120L/人d。6.1.3用水时间24h供应热水，水温为60C。6.2设计计算6.2.1设计小时耗热量计算mq c （右心）024 3600式中

23、：Qh设计小时耗热量（wm用水计算单位数（人数或床位数），m=5O0 q热水用水定额，qr=120/ （人2C -水的比热，C-4187 （J/ （Kg 2C）tr- 热水温度，tr=60C；ti -冷水温度，ti-4C;热水密度，0.983kg/L;Qrhti设计冷水温度，t=4C；r 热水密度,r =0.986kg/L;计算得:qrh =16558.1 L/h6.2.3全天供应热水系统的热水循环流量Qsq- 1.163 =tQs 配水管道的热损失（W, 取设计耗热量的5%x 配水管道的热水温度差，取 5C;计算得：qx=8326.4L/h。6.2.4热水供水管的设计流量 q（ L/s）生活

24、给水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出水概率（ % ；qg=02qg最高热水用水定额;2.51.00，浴盆Ng 设计的卫生器具给水当量数；洗涤盆（混合水嘴）当量数为（混合水嘴）当量数为1.2，淋浴器（混合阀）的为0.75，洗手盆（混合水嘴）和洗脸盆（混合水嘴）的当量数分别为 0.75,和 0.75。则 Ng =250* （ 1.00+1.2+0.75+0.75+0.75 ） =1112.5y0.2一个卫生器具给水当量的额定流量（L/s ）:qg=16.68L/s6.2.5管路直径、流速、及水力损失 5根据水管的设计流量取管路直径 dj =0.02m，流速取v=1 m/s,则管路单位长度损失

25、Re= =25062100000;采用勃拉休斯（Blasius ）公式r 0.3164 0.25 .025：Re单位长度的沿程阻力损失：I 2 : p=f v =628.67Pa/m;2D6.2.6太阳能集热面积确定太阳集热器选型目前国内使用的太阳集热器类型主要有真空管型太阳集热器、 平板太阳集热器、热管真空管太阳集热器等。真空管式太阳能集热器防冻性差， 中低温条件下效率高，造价低。真空管太阳集热器防冻性好，集热效率高，造价较低，但存在炸管泄漏的可能。热管真空管集热器可在50C条件下使 用，但热管换热效果差，且使用效果直接受到热管本身质量和寿命的影响，部分热管出现质量下降和衰减问 题， 不容易

26、被发现，且成本高。综合考虑：根据沈阳地区气温特点，选择中低温热效率高，造价低的真空管式集热器。查，可得沈阳全年的平均日照辐射量，气温等参数如下图所示月份12456789101112水平面7.0910.80 14.86 17.94CC A C）19.5817.18 16.38 15.64 11.547.746.19纬度斜面12.17 15.92 18.33 18218.5916.634 AL89 15.57 18.0416.68 13.93 11.44日日照（Sr）5.626.207.658.158.838.237.137.547.887.325.565.06Ta温-12-8.40.19.316.921.524.623.517.29.48.5计 算 得全年平均气温t a=7.8 C;年平均辐照量为Jt=13.784MJ/ （M2d）;热水水管进口温度ti=V3+2*t r/3=41.3 C;Sr3600归一化温度二右ta ；G选用 HUJ16/2.1 能效方程为 n =0.849-2.181T-0.00356T知全年各月的热效率如下：斜面效率0.660.700.710.740.760.770.79