太阳能热水计算书.docx

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太阳能热水计算书

太阳能热水方案

中国航空规划建设发展有限公司

2016年5月23日

第一节地理位置及概况

一、地理位置：

本项目位于北京市（北纬39º48´，东经116°28´）。

我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土年日照量在2200小时以上，年辐射总量大约每年3340-8360MJ/㎡，相当于110-250kg标准煤/㎡。

根据我国气象部门测量年辐射总量的大小，一般将我国大陆部分划为四个太阳能辐射资源带，即一类地区（≥6700MJ/㎡），二类地区（5400-6700MJ/㎡），三类地区（4200-5400MJ/㎡），四类地区（4200MJ/㎡），北京属于上述的第二类资源带内，其太阳能资源大有潜力可挖。

二、项目概况：

此项目总建筑面积为13.648万平米，地上43层、建筑面积约为9.148万平米，地下五层、建筑面积约4.5万平米，为建筑高度220m的超高层5A甲级写字楼。

商业主要为写字楼配套商业。

用水情况：

厨房、员工淋浴热水设置集中热水供应系统，采用太阳能强制循环间接加热系统（单水箱），日供应60℃热水7.5m3，太阳能集热板设在裙房屋面，集热热媒工质采用防冻液。

冬季运行十分可靠，且不需要设电伴热等耗能防冻措施。

太阳能热水机房设在地下一层，紧邻热水用水点。

供水稳定可靠，系统换热效率高。

《建筑给排水设计规范》GB50015-2003中，表5.1.1-1规定，办公楼最高日热水用水定额为5~10L/人.班，淋浴最高日热水用水定额为17~26L/人.次，餐饮业-职工食堂最高日用水定额为7~10L/人.次。

选取设计用水定额如下：

办公楼最高日热水用水定额为8L/人.d，淋浴最高日热水用水定额为26L/人.次，餐饮业-职工食堂最高日用水定额为7L/人.次。

各部热水用水量计算详见表1。

表1热水用水量

用水单元

用水单位数量

用水指标

小时变化系数

用水时间

平均小时用水量

最大小时用水量

最高日

用水量

热源

员工淋浴

300人次

26L/人次

1

2

3.9

3.9

7.8

太阳能热水器

餐饮厨房

3500人次

7L/人次

1.5

12

2.04

3.06

24.5

燃气热水器

小计

-

5.94

6.96

32.3

-

未预见水量

以上各项之和的10%

0.59

0.7

3.23

-

合计

-

5.29

7.66

35.53

-

辅助能源：

当阴雨天或者太阳能不足的时候，设计燃气热水器作为太阳能系统辅助热源。

第二节方案设计依据及标准

一、方案设计标准：

1、GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》

2、GB50015-2009《建筑给水排水设计规范》

3、GB/T6242-2007《平板型太阳集热器》

4、GB50017-2003《钢结构设计规范》

5、GB5009-2001《建筑结构载荷规范》

6、GB50207-2002《屋面工程质量验收规范》

7、GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》

8、GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》

9、GB50303-2002《建筑电气安装工程施工质量验收规范》

10、GB50003《建筑工程施工质量验收统一标准》

11、GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》

12、GB50345-2004《屋面工程技术规范》

13、GB/T20095-2006《太阳能热水系统性能评定规范》

14、GB/T4271-2007《太阳能集热器性能试验方法》

15、GB/150-1998《钢制压力容器》

二、设计指标：

1、经纬度：

北京市（北纬39º48´，东经116°28´）

2、基础水温：

13℃；

一般自来水为地表水，地表水的供水温度变化与大气温度变化基本一致，因此参照GB50015-2009（P96）表5.4.1的冷水计算温度进行取值。

基础水温取值

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

月平均

基础水温（℃）

4

4

4.5

13.1

19.8

24

25.8

24.4

19.4

12.4

4.1

4

13

3、太阳辐照量：

依据国家建筑标准设计图集06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》中附录一:

《主要城市各月设计用气象参数》中选用，北纬39º48´，东经116°28´年辐照量资料如下：

a.年平均气温：

年平均气温：

11.5℃；

b.全年日照时数：

2755.5h；

c.全年辐照量：

6281.99MJ（㎡·a）

d.年日均辐照量：

17.21MJ（㎡·d）

4、补偿比：

根据上表得出，角度为50°的补偿比为97%，则辐照量为16.6937MJ/㎡；

角度为30°的补偿比为100%，则辐照量为17.21MJ/㎡

三、设计指标：

1、热水用水量：

本建筑厨房、员工淋浴热水设置集中热水供应系统，采用太阳能强制循环间接加热系统（单水箱），日供应60℃热水7.5m3。

2、日均用水水温:

根据贵方经验和要求，设计用水水温60℃。

3、集热系统防垢：

为防止集热系统中结垢，采用硅磷晶水处理，实践证明具有良好的防垢、溶垢、杀菌、灭藻、防腐蚀、防锈水的作用。

4、集热器型号选取：

采用性价比较高的HUJ20/2.1型集热器，单台集热器的集热总面积为3.55㎡。

5、太阳热水系统水质要求：

由于各地的水质情况不同，对于水质较差的地区，使用太阳热水系统时，将严重影响使用效果，因此，公司要求客户在使用太阳热水系统时，其给水水质必须达到下列指标（参考《生活饮用水卫生水标准》），方可保证使用效果。

项目

指标

项目

指标

总硬度（mg/L）

≤75

溶解氧（mg/L）

≤10

悬浮物（mg/L）

≤5

含油量（mg/L）

≤5

PH值（25°C）

≥7

含铁量（mg/L）

≤0.3

若用户的水质达不到上述的要求时，应采取适当的措施，使水质满足要求。

第三节运行原理及说明

运行原理说明：

1、温差循环：

太阳能集热器中加入媒介，每日太阳能辐射达到一定过强度时，集热器上循环口水温T1开始上升，当集热器出口温度T1与屋面集热水温温度T2温差（T1-T2≥8℃）时，太阳能集热循环泵与板换循环泵同时启动，通过板式换热器对屋面集热水箱中的水进行过加热，直到集热出口温度T2温差（T1-T2≤2℃）时，停止换热；太阳能集热器继续吸收太阳的热量，从而进入下一个温差循环；如此往复，屋面集热水箱内的水不断被加热至设定温度。

2、手动补液：

当集热系统缺少防冻液时，采用手动防冻液的方式补充防冻液。

3、集热管路防冻循环：

冬季当集热管路T3中温度低于5℃时，集热循环泵P1开启进行循环，将水箱内的热水打进集热器；当集热器管道温度T3升高至10℃时，系统控制关闭循环泵，以防止循环管路冻堵（冬季使用）；

4、定时定温管道循环：

在设定的时间内，当用水管道温度低于40℃（可调）时，DCF2打开，启动水泵将管道中的冷水打入到供水水箱中，当管道温度达到45℃（可调）时，DCF2关闭，管道循环停止。

（详细原理解释见原理图）

第四节重要项校核计算及说明

所用集热器年均集热效率计算

集热器基于总面积瞬时效率曲线方程为：

ηcd＝0.511－1.936Ti＊

式中：

Ti＊＝（ti－ta）/G；

ti：

工质进口温度，℃；ti＝tL/3+te×2/3＝13/3＋60×2/3＝44（℃）

tL：

水的初始温度，13℃；

te：

储水箱内水的终止温度，60℃；

ta：

环境温度，11.5℃；

G：

集热器采光面上总日辐照度，W/㎡；

G＝JT/（Sy3.6）＝17210/（7.5×3.6）＝637（W/㎡）；

Ti＊＝（ti－ta）/G＝（44-11.5）/637＝0.051（㎡·℃/W）；

ηcd＝0.511－1.936Ti＊＝0.511－1.936×0.051＝0.41；

经计算集热器年平均效率ηcd＝0.42；

（1）直接系统集热器集热面积计算

（式——1）

式中：

——直接系统太阳集热器集热面积；

——日均用水量，7500kg；

——储水箱内水的终止温度（用水温度），60℃；

——水的定压比热容，4.18KJ/（㎏·℃）；

——水的初始温度，13℃；

——当地集热器受热面上太阳能年均日辐照量

＝17210KJ/㎡；

——太阳能保证率，无量纲，选50%；

——集热器的年平均集热效率；国标经验值取0.45～0.55，根据我公司实验数据计算年均集热效率取0.41；

——管路及储水箱热损失率，此处取0.2。

经过计算直接系统的集热面积为：

129.2㎡

（2）热交换器换热量可按下式计算：

1）热交换器换热量的计算：

Qz＝kt×f×qrd×c×ρr×（te-tL）×1000/（3600×SY）

＝1.8×50%×7.5×103×4.18×1×（60－13）/（3600×7.5）

＝49.115（Kw）

QZ－集热系统换热量，Kw；

kt－太阳能辐照度时变系数，取1.5～1.8；

f－太阳能保证率，50%；

qrd－设计日用热水量，7500L/d；

ρr－热水密度，1000Kg/m³；

te－贮水箱内水的设计温度60℃；

tL－水的初始温度，13℃；

Sy－当地的年平均每日的日照小时数，h。

2）浮动盘管热交换器换热面积的计算：

AHX＝Cr×Qz/（ε×K×Δti）

＝1.1×49.115/（0.6×3×6）

＝5（㎡）

AHX－间接系统热交换器的换热面积，㎡；

Cr－集热系统的热损失系数，1.1～1.2；

QZ－集热系统换热量，Kw；

ε－结垢影响系数，0.6～0.8；

K－热交换器传热系数，据厂家提供的浮动盘管的传热系数为3kw/（㎡·℃）；

Δti－传热温差，宜取5～10℃；

（3）间接系统集热器总面积按下式计算：

式中：

——间接系统集热器总面积，㎡；

——直接系统集热器采光总面积，Ac1=129.2㎡；

——集热器总热损失系数。

采用真空管集热器，国家质检中心检测数据为1.961W/（㎡·℃）；

——热交换器传热系数，按热交换器技术参数确定3000w/㎡·℃；

——间接系统热交换器换热面积，

=5㎡；

经过计算出：

=131.35m2；

根据楼顶情况，系统安装HUJ20/2.1型集热器37组，总集热面积131.35㎡，37组集热器在集热器倾斜面日总辐照量为17210KJ/㎡、保证率为50%的情况下，每天能将7.5吨水从基础水温13℃升高到60℃（温升47℃），当太阳能资源不足时采用燃气锅炉加热。

根据以上分析可得，本项目热水日用水量32.3m3。

其中燃气加热水日用量24.5m3，太阳能加热水日用量7.8m3。

太阳能制备的热水量占建筑生活热水消耗量=7.5/32.3≈24%。