北京市某宾馆沐浴用太阳能热水工程可研Word文档格式.docx
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28`）的月日均及年总辐射数据（单位MJ/㎡）。
月份辐射量
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
日均MJ/㎡
6.75
9.37
16.09
16.89
21.23
16.59
17.34
17.23
14.89
9.33
8.81
6.71
年总MJ/㎡
4912.91
系统考虑全年使用，选用我公司生产的NSQB47*1500*60S真空管集热器，集热模块为：
20块，集热面积为：
150㎡。
（4）.用户要求：
**********
综上所述：
该系统整体设计为：
太阳能热水系统+电辅助加热联合供热水系统解决宾馆客房淋浴用热水问题，根据贵单位要求及使用情况，设计技术方案。
2、设计主要依据
（1）GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
（2）GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
（3）GB/T20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》
（4）GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》
（5）GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》
（6）GB/4272-92《设备及管道保温技术通则》
（7）GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
（8）GB50303-2002《建筑电气安装工程质量检验评定标准》
（9）GBJ9-87《建筑载荷规范》
（10）GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
（11）GB/T17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》
（12）用户要求和现有条件
3、太阳能系统设计
3.1.系统运行方式的选择.
3.1.1.太阳能集热器类型确定
本系统拟选用目前性价比最高的主流产品全玻璃真空管太阳能集热器,根据该类型集热器特点,本方案进行选择系统运行方式.
3.1.2.系统运行方式确定原则
（1）安全、稳定、可靠
（2）简捷流畅、故障率低、运行费用低、效率高
（3）充分优先利用太阳能，使辅助加热运行费用尽可能降低
（4）实现自动化控制，维护及操作简单
3.1.3．运行方式的选择
根据现使用情况，结合相关技术要求及向用户了解的相关情况，经过我公司技术人员充分讨论，我方最终确定采取以下运行方式：
（1）系统设计为24小时供水模式。
太阳能水箱内置电辅助加热，以保证阴雨天或光昭不足时供热水。
（2）太阳能系统采用温差控制循环运行模式。
即充分节省能源，尽可能避免用水泵循环运行费用高的问题，又实现充分优先利用太阳能，将太阳能作用充分发挥。
水箱内储存的热水，可以随时利用，所以可以满足24小时供热水。
（3）阴雨天或光照不足太阳能产水不能满足用水需求时，自动启动电辅加热系统，既保证用水需求，又可发挥太阳能预加热作用，最大化降低能耗。
（4）供水采用自动增压供水方式，供水回水采用温控自动控制电磁阀方式，既保证洗浴时打开喷头就出热水，又可尽可能避免循环散热问题。
（5）设备布局形式：
太阳能集热器布置在楼顶阳光照射区域；
太阳能水箱、电辅加热系统、主控制柜均布置在楼顶。
3．2我方设计解决的关键问题
考虑到本太阳能系统属于淋浴用热水的特点，根据国家相关设计规范，结合多年来我公司在淋浴太阳能系统设计安装方面的经验，在满足上述规定的设计要求的基础上，我方还重点考虑了以下几个问题：
（1）优先和充分利用太阳能源加热问题
由于系统配置了辅助加热系统，因此在保证每天的热水使用的条件下，就存在如何解决优先和充分利用太阳能加热，尽量减少辅助热源加热，以减少辅助热源使用费用的问题。
为了解决优先和充分利用太阳能加热问题，我方的太阳能系统全部采用了智能控制器和我公司专门开发的控制程序，系统可以随时监测太阳能系统的各种水温、水箱水量、压力、流量、时间等参数，系统控制器会自动根据这些参数计算出太阳能加热能否满足事先设定的用热水量和温度的需求，当太阳能加热能够满足设定的需求时，辅助加热系统不启动，当太阳能加热不能够满足热水需求时，系统会先让太阳能对冷水进行加热，然后再通过辅助加热系统加热，从而实现了充分利用太阳能加热，仅让辅助热源补充太阳能产热水不足的功能，有效地减少了辅助热源的用量，降低运行成本。
（2）可任意修改太阳能系统运行模式，以解决用热水需求变化问题
根据我方以往的经验，宾馆用热水的时间和用水方式等会作出调整或变化。
为此，我方设计的系统考虑了可能的多种备用预留，并选用工业级可编程控制器，控制程序选用我公司根据多年宾馆淋浴用太阳能安装经验开发的宾馆淋浴用类太阳能系统控制程序。
该控制程序可根据宾馆实际情况，随时任意更改，从而可满足在今后使用太阳能时，根据用水情况对太阳能系统运行进行任意调整的问题。
（3）系统防冻问题
防冻设计是我国北方冬季结冰地区太阳能热水系统必须重视的问题。
根据我公司多年的设计经验，采用根据管道水温和太阳能集热器水温，对系统实现循环防冻和电伴热带防冻相结合的双重防冻措施，在北京地区可以基本保证管路冬季不被冻死，从而确保系统正常工作。
（4）减少系统结垢问题
北方水质硬度大，从而造成太阳能系统结垢堵塞等问题。
因此，系统设计上采用市政供水为太阳能系统进行补水，可以很有效地减缓结垢问题。
（5）减少系统维修，提高系统可靠性问题
太阳能系统经常发生的故障主要包括：
①水泵噪音过大或损坏；
②电磁阀开闭失灵；
③控制系统失效；
④电伴热带失效；
⑤阀门漏水或失灵；
⑥真空管炸管漏水；
⑦冬季管路结冰导致系统无法使用。
我方将会根据我方多年来的经验，选用名牌优质配件，尽可能地减少上述可能发生的故障，确保系统正常运行。
（6）解决太阳能与建筑协调性问题
在太阳能集热器选型、布局、管路敷设等方面充分考虑了与周边环境的协调问题，最好达到太阳能系统与周边环境相互映衬，完美融合。
既体现太阳能系统节能环保，又表现太阳能系统与建筑和自然环境一体化，和谐统一。
3．3．相关设计计算
3.3.1计算总括表:
序号
计算项目
设计参数
说明
1
日总用水量
10T
结合实际情况与用户要求
2
太阳能集热管数量
总面积：
150M2
共计1200支47*1500真空管
3
太阳能循环管管径
DN50
流速1.409m/s
4
太阳能循环水泵
PH-123E
德国威乐
5
供热水泵
PB-H400EA
太阳能对屋面荷载
48.2kg/M2
一般上人屋面完全可以承受
计算过程详见3.3.2---3.2.8
3．3．2．日总用水量计算
根据用户情况以及技术要求：
Qrd=mqr=160*60=9600（L）
Qrd：
日最大用水量，L。
m：
用水人数，m=160。
qr：
热水用水定额，60L/（人.D）
考虑到热水的膨胀容积，故选择水箱容积为：
10T。
3．3．3．太阳能集热面积计算
（1）北京地区的太阳辐射资源
查有关资料，北京地区全年各月水平面的月平均日太阳辐照量见下表。
表1保定地区全年各月水平面/当地纬度斜面上的月平均日太阳辐照量（MJ/㎡·
d）
月份
6
7
8
9
10
11
12
室外
平均气温
-4.6
-2.2
4.5
13.1
19.8
24
25.8
24.4
19.4
12.4
4.1
-2.7
水平面
8.68
10.53
13.13
15.14
18.69
19.60
16.87
16.10
13.17
11.30
8.82
7.78
纬度斜面
15.36
17.38
19.04
18.72
20.12
18.96
16.49
16.62
18.63
17.45
14.77
13.84
从上表可知：
不同斜面上的太阳辐照量是不同的，且随月份（季节）变化而变化。
本系统设计太阳集热器采用横置集热器模块,可实现对太阳的季节跟踪，因此设计计算选择纬度斜面的太阳辐射值。
太阳能系统一般按年平均日太阳辐照量设计。
因此查表1，取太阳集热器斜面（当地纬度斜面）年平均值16.15MJ/㎡·
d作为设计值。
（2）北京地区真空管集热器的热效率
经有关检测机构测试，真空管集热器的效率曲线见下图。
从效率曲线可以看出，真空管集热器的热效率随tm（太阳集热器进出口平均温度）与ta（环境温度）的温差与太阳辐照度的比值（tm-ta）/G的变化而变化。
也就是说，要求的产热水温度越低，环境温度越高，真空管的热效率就越高；
反之，则越低。
查GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》（2001年版）,北京地区的气象条件如下：
年平均温度：
11.5℃，极端最高温度39.1℃，极端最低温度－18.1℃。
取年平均温度作为计算依据，即ta=11.5℃。
取G=600W/㎡，根据保定地区情况，冷水温度取15℃，热水温度取40℃，则tm=（40℃+10℃）/2=25℃，由此可计算出保定地区水平坐标的数值x=（25℃－11.5℃）/600W/㎡=0.0225㎡K/W。
查上图的太阳集热器效率曲线，当水平轴x=0.0225㎡K/W时，热效率在0.52左右。
因此，太阳集热器的总面积热效率
取0.52。
（3）真空管集热器的总面积计算
根据GB50364-2005《民用建筑太阳热水系统应用技术规范》,直接系统太阳集热器的总面积可以按如下公式计算：
式中：
-----直接系统太阳集热器的总面积，单位㎡
-----日均用水量，单位kg。
对于该太阳能系统
-----水的定压比热容，单位KJ/（kg·
℃）。
应取4.186KJ/（kg·
-----贮水箱内水的终止温度，单位℃。
对于该太阳能系统，应取45℃
-----水的初始温度，单位℃。
对于该太阳能系统，应取15℃
-----太阳能保证率。
最新的国家标准建议取0.3～0.8。
这里取0.7
-----太阳集热器采光面的年均太阳辐照量，单位KJ/㎡。
对于该太阳能系统，取16150KJ/㎡·
d
-----太阳集热器年均效率。
此处取0.50
-----管路及贮水箱热损失。
取0.10
据上述数据计算如下：
=
=138.2㎡
故系统考虑全年使用，选用我公司生产的NSQB47*1500*60S真空管集热器，集热模块为：
150㎡，共计摆放1200支47*1500真空管。
3.3.3.太阳能循环管径
根据我公司太阳能系统设计及计算软件计算结果如下:
DN50
3.3.4.太阳能循环泵
根据现场情况及我公司系统设计,采用一用一备设计
工作扬程取4.5m,工作流量取9200kg/h,
选用威乐水泵,选型如下:
用途
品牌
规格型号
相数
功率
进水口
流量扬程
太阳能循环泵
威乐
单
0.125KW
Q=11.4m3/h,H=5m
3.3.4.供热水增压泵
选用威乐自动增压水泵,选型如下:
供水泵
400W
DN80
Q=4.7m3/h,H=20m
3.3.5.太阳能集热器对屋面荷载
对屋面产生载荷主要包括以下三部分：
（1）集热器整体支架重量
（2）集热器本身及容水重量（3）屋面管道阀门保温附材重量
根据设计分别予以计算：
（1）集热器整体支架重量
由国标L40*40角钢120支焊接而成，每支理论重量为14.5kg,本部分共计:
120支X14.5kg/支=1740kg
（2）集热器本身及容水重量
共设计20套,每套容水后总重为225kg,本部分共计:
20套X225kg/套=4500kg
（3）屋面管道阀门保温附材重量
根据系统设计,本部分重量约为850kg
则屋面太阳能系统容水后总重:
（1）+
（2）+（3）=7090kg,占屋面面积147.1M2，对屋面平均荷载为48.2kg/M2.
3.4.针对关键点的深化设计说明
3．4.1．优先、充分利用太阳能设计
（1）太阳能采用温差循环设计，太阳能产生热水随时可用。
（2）太阳能不足时，电加热启动，加热水箱储存的相对低温水，优先利用太阳能热量。
（3）采用工业级可编程控制器，控制器将温度、水位、时间巧妙融于控制程序之中，合理启闭辅助加热，充分发挥太阳能作用。
3．4．2.充分保证供水设计
（1）系统可以根据环境工况自动选择辅助加热。
（2）设计有应急保障措施，可保障应急供水需求。
3.4.3.系统安全设计
（1）.系统安全设计------防垢
通过控制水温及水循环的方法尽量避免水垢的产生.
（2）系统安全设计------防冻
1．真空管集热器防冻
采用真空保温，可用在年最低气温-30℃以上的地区，根据保定地区气象资料，真空管集热器完全可以满足系统防冻要求。
2．室外循环管路防冻
采用温控自动循环+温控自动电伴热带+停电应急排空三重防冻设计。
温控自动循环：
循环管路温度低于5℃时，循环泵自动启动，循环管路温度高于8℃时，循
环泵自动停止。
温控自动电伴热带：
循环管路温度低于3℃时，电伴热带自动启动，循环管路温度高于8℃时，电伴热带自动停止。
应急排空：
当系统停电时，冬季最低气温连续低于-10℃时，可采用打开室外安装的排空阀
方式，排空管道内水方式达到防冻目的。
3．设备间管路防冻：
采用橡塑管保温管保温。
4．设备间关键设备防冻：
水泵/电磁阀：
采用温控自动电伴热带方式。
（3）系统安全设计------防冰雹
系统配置的真空管采用高强度硼硅玻璃，可抗击Φ25mm冰雹。
（4）系统安全设计------防风
系统设计的太阳能集热器为整体支架，支架与屋面承重墙体生根连接。
每套真空管太阳能集热器通过18条Φ8不锈钢螺丝与整体支架固定。
（5）系统安全设计------防水
太阳能集热器支架底脚为预制水泥墩,预制水泥墩中心预留有预埋件，预埋铁与支架焊接连接，所以不会破坏屋面防水。
（6）系统安全设计------防腐
1．水箱及太阳能集热器：
内胆均采用304/2B食品级不锈钢，抗腐蚀能力强，经久耐用。
2．管路：
采用国标热镀锌钢管。
3．支架：
采用优质航天防腐涂料，两遍工艺，外刷中灰色防晒防水面漆。
（7）系统安全设计------防雷
太阳能支架设置避雷针，并按规范与屋面防雷网采用镀锌钢筋多点连接。
（8）系统安全设计------防漏电
采用可靠接地及漏电开关保护双重保护。
（9）系统安全设计------承重
1．集热器及支架
太阳能集热器容水后屋面太阳能系统对屋面平均荷载为48.2kg/M2,一般上人屋面完全可以承受。
所以集热器对屋面载荷十分安全。
2．水箱：
安装于屋面承重位置。
（10）系统安全设计------关键设备保护
1．真空管：
设计有抗冲击。
2．水泵：
设计有水位保护，不会缺水运转，并具有缺相、短路、高温、漏电保护。
3.4.4.系统运行经济性设计
（1）太阳能系统运行采用自然循环方式，即运行合理,又经济.
（2）太阳能水箱补水采用太阳能专用浮球阀控制，减少了电子元件的运行、维护费用；
（3）控制系统控制程序将辅助加热功率、温度、水位、时间、流量等参数巧妙融合，实现充分、
优先利用太阳能，使太阳能与电辅助加热完美结合，达到分时段按需启动，最大限度的减少辅助加热能源的消耗.
（4）供水采用温控自动循环方式，既保证用热水时打开喷头很快就出热水，又可尽可能避名循环散热，减小系统热损。
采用自动增压供水方式,即节能,又使用舒适.
（5）防冻采用温控自动控制方式，按需防冻，并优先启动循环防冻方式，间接利用了太阳能热量，只有在水箱缺水或水温过低情况下，才自动启动电伴热带，尽可能降低防冻运行成本。
3．4.5．控制系统设计
控制系统为太阳能系统的大脑，控制系统的优劣决定着整个系统的先进与落后，我公司的控
制系统具有如下特点：
（1）采用工业级可编程控制器，控制程序由我公司根据多年安装经验开发，实现系统全自动控制，无需专人管理，保证控制系统稳定、可靠、控制灵敏、抗干扰能力强；
（2）控制程序将温度、水位、时间、流量等参数巧妙融合，实现充分、优先利用太阳能，将太阳能与辅助加热完美结合，最大限度的减少辅助加热能源的消耗；
（3）控制程序可任意更改升级，当用户用水条件发生变化时，只需更改控制程序即可，简单方便，使系统始终贴切用户需求；
（4）设有应急手动措施，保证系统在应急状态下能正常运行。
（5）针对用水特点,采用适合的控制程序，即最大化发挥太阳能效益，又可充分保障供水。
3．4.7．太阳能系统与建筑及周边环境协调统一设计
（1）太阳能系统与建筑及周边环境协调统一设计------太阳能集热器选型
我公司是一家专业的太阳能工程类产品生产企业，所生产的太阳能集热器产品几乎涵盖了全部的集热器类型，包括各种档次、规格的：
平板集热器、全玻璃真空管集热器、热管式真空管集热器、真空管-热管集热器、“U”型管集热器等。
根据现场情况，选用规格为Ф47横置真空管集热器。
我公司生产的工程用集热器模块，已实现标准化、模块化，对于施工和与建筑物结合非常有利。
所有工程模块复杂技术已在车间完成，现场安装只需简单拼接即可，方便快捷。
本项目太阳能集热器拟采用集中摆放方式,这样热损小,外形美观,不需考虑集热器之间的遮光距离.并且占地面积小.可预留更多的屋面空间给用户考虑其它用途.这样的摆放方式选用横插管的集热器相对可靠安全。
在本系统中选用我公司生产的NSQB47*1500*60S拼装式模块。
NSQB47*1500*60S真空管集热模块，是2004年参考欧洲太阳能集热器产品特点开发的出口产品，每个集热模块包括60根φ47*1500真空集热管。
集热器联箱的内胆采用0.6mmSUS304/2B进口不锈钢板焊接而成，保温采用聚氨酯发泡。
附:
我公司真空管集热器图片
（2）太阳能系统与建筑及周边环境协调统一设计------太阳能集热器布局设计
太阳能集热器采用集中摆放方式,这样摆放系统热损小,外形美观,不需考虑集热器之间的遮光距离,占地面积小.可预留更多的屋面空间给用户考虑其它用途.
我公司安装的类似太阳能集中摆放方式图片（下页）
（3）太阳能系统与建筑及周边环境协调统一设计------太阳能支架
采用槽钢/方管/角钢现场制作整体支架.支架外形可做与屋面造形相互应的造形设计,支架做防腐防锈处理,外刷中灰色涂料（也可根据屋面整体色调选择其它颜色）.
（4）太阳能系统与建筑及周边环境协调统一设计------太阳能管路
太阳能集热器采用整体布局设计,不仅管路少,而且走向整齐美观.
选用国标热镀锌管,采用橡塑管保温,外裹保护层。
3．5．系统功能及运行原理设计
3.5.1.系统功能确定
根据技术要求及提供说明,经我公司技术人员会审,本系统拟实现功能如下:
（1）太阳能温差循环功能.
（2）通过浮球阀补水功能.充分保证太阳能供水.
（3）辅助加热自动选择及连动功能.根据太阳能产水标准或用户设定标准分时段按需启闭辅助加热.达到优先,充分利用太阳能前提下,及时启闭辅助加热,保证热水供应.
（4）供热水温控自动循环功能.保证供水管路恒温,打开喷头很快就出热水.又可尽量避免循环散热,降低系统热损.
（5）温控自动防冻功能.根据管路温度,自动启闭防冻功能,尽可能降低防冻成本.
（6）真空管集热自动预处理功能。
（7）数码管显示输入功能。
控制显示界面友好，参数设置方便，显示一目了然。
（8）应急手动功能。
保证系统在应急状态下能正常运行。
（9）具有密码保护功能，防止误操作。
3．5．2．系统运行原理
（1）贮热水箱满水位时，太阳能自然循环加热
在太阳光照条件下，真空管吸热加热管内的热水，集热器内的水温被提高，与储热水箱内的水温相比，水温差距较大。
因此集热器内的水的比重减小变轻，开始慢慢上升到高位的储热水箱中，而储热水箱内的水由于温度低，因此比重增大变重，水自然流回处于较低位的集热器内，如此不断的循环，使储热水箱内的水温逐渐提高。
（2）辅助加热
根据太阳能晴天时产水标准,电脑控制器随时对水箱水量水温进行检测,当阴雨天或光照不足太阳能产热水量不足时，自动启动辅助加热系统，当水箱水温高于设定值时，太阳能定温电磁阀自动打开，冷水进入太阳集热器，而将集热器内的水顶入储热水箱；
当水箱水温低于设定值时，电磁阀自动关闭；
如此不断循环使水箱热水不断增加,当储热水箱达到检测水量时，辅助加热自动停止。
（3）自动温控防冻
当室外太阳能循环管路水温低于5℃时，并且储热水箱水量及水温符合设定条件时，太阳能循环泵自动启动，当循环管路水温高于8℃时，循环水泵自动停止。
如果此时储热水量及水温不符合设定条件时，控制器会自动启动敷设于室外循环管路的电伴热带，当管路温度高于8℃时，电伴热带自动停止。
（4）供热水
供热水采用自动增压循环供水方式。
当供水回水温度低于38℃时（可设定），回水电磁阀自动打开，将供水管路中较低温度的水泵入储热水箱，同时将储热水箱中的热水泵入循环管路，从而保证供水管中的水温，当回水温度高于40℃时，回水电磁阀自动关闭。
3.6.主要设备及材料说明
3.6.1太阳能集热器
根据北京地区气候条件及现场摆放集热器位置，经我公司技术人讨论后，最终确定选用我公司生产的NSQB47*1500*60S真空管集热器。
该款集热器具有以下特点：
■真空管密集式排列，单位长度集热管数量
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