太阳能工程设计常用公式.docx
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太阳能工程设计常用公式
游泳池加热
（1）游泳池加热所需热量（Qj），为下列热量的总和：
a）池水表面蒸发散热量（QZ）；
b）游泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导散热量（QC）；
C）补充水加热所需热量（Qb）；
即Qj＝Qz＋QC＋Qb
工程计算时一般取QC＝QZ·20%，则
Qj＝1.2QZ＋Qb
（2）池水表面蒸发散热量QZ计算公式：
Qz＝4.1868·γ·（ρb－ρg）（0.0174υf＋0.0229）A（760/B）
式中Qz——池面水蒸发散热量（kJ/h）；
γ——与游泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发气化潜能（kcal/kg），
（1kcal/kg＝4.1868kJ/kg）；
ρb——与游泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（mmHg），查表；
ρg——游泳池环境空气的水蒸汽压力（mmHg），查表；
υf——池水面上的风速（m/s），室内游泳池υf＝0.2～0.5m/s；
露天游泳池υf＝2～3m/s；
A——池水表面积（m2）；
B——当地的大气压力（mmHg）。
（3）补充水加热所需热量Qb计算公式：
Qb＝α·qb·γ·（tr－tb）/T
式中Qb——补水加热所需热量（kJ/h）；
α——热量换算系数，α＝4.1868kJ/kcal；
qb——每日补水量（L）；
γ——水密度（kg/L）；
tr——池水温度（℃）；
tb——补水水温（℃）；
T——加热时间（h）。
（4）游泳池加热所需热量（Qj）：
Qj＝1.2QZ＋Qb
＝1.2×177＋49
＝261.4kW/h
（5）泳池初次加热时间按36小时设计，所以考虑50%水面热损失，泳池初次加热所需热量计算如下：
游泳池:
Qcj＝（560000×1×18/36）/860＋（177kW/h×50%）＝414kW/h
（6）如果采用热泵加热，初次加热按全部热泵工作设计，游泳池热泵能效比5.0计，热泵日工作时间全天24小时计算，则所需热泵功率：
游泳池:
414kW/h÷5.0＝82.8kW/h；
一台10HP热泵输入功率为9.1kW/h;
82.8kW/h÷9.1kW/h≈10台
（7）游泳池采用10台10HP（9.06kW）热泵机组加热，初次加热工作时间为36小时；正常恒温（261.4KW/h÷5.0÷9.1≈10台）六台机组切换交替工作即可。
冲凉房热水系统耗热量计算
（1）淋浴用水部分共20个用水点，每个点设一个淋浴花洒，小时用水量及使用时间按照公共浴室淋浴设计，供水时间选择为：
按连续用水1小时计算；每个花洒每小时消耗40℃热水300L。
（2）设计小时耗热量计算方式：
（定时供应热水系统Qh---设计小时平均秒耗热量）
Qh＝∑［qh（tr－tL）·n0·b·c·ρ］/3600
式中Qh——设计小时耗热量（W）；
qh——卫生器具的小时用水定额（L/h），按规范GB50015-2003表选用；
c——水的比热容（c＝4187J/kg·℃）；
tr——热水温度（℃）,按规范GB50015-2003表选用；
tL——冷水温度（℃）；按规范GB50015-2003表选用；
n0——同类型卫生器具数；
b——卫生器具的同时使用百分数，住宅、旅馆、医院、疗养院病房，卫生间内浴盆或沐浴器可按70%～100%计，其它器具不计但定时连续供水时间应不小于2h，工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等的浴室内的沐浴器和洗脸盆均按100%计，住宅一户带多个卫生间时，只按一个卫生间计算；
ρ——热水密度（kg/L）。
（3）设计小时耗热量：
代入公式
Qh＝∑［qh（tr—tL）·n0·b·c·ρ］/3600
＝［300L/h（40℃-10℃）×20×100%×4187J/kg·℃×1kg/L］/3600
＝209350W
＝209.4kW
（4）按小时耗热量计算所需55℃淋浴用热水量为：
补充的冷水温度10℃，混合后使用的热水温度40℃，则所需温度为55℃的热水所占比例为67%，即所需55℃热水量为：
300L/h×20×67%＝4020L/h
（5）淋浴用水日用55℃热水总量为：
Q1＝4020L/h×1h＝4020L/d
（6）贮水箱容积选择：
根据甲方用水特点，沐浴用水仅供学生训练后冲凉使用，每个花洒最大小时消耗量300L，可满足3～4人使用，1个小时即可满足60～80人使用（一个班次人数），选择1个4.0m³贮热水箱即可满足要求。
（7）机组选型配比：
设计热泵在最不利工况下运行时间为每天10h
按不利工况下考虑温度及结霜的影响取综合影响系数0.7
则热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）
Qg＝209.4kW×1h/10h
＝20.9kW
选择1台10HP热泵机组，制热量36.1kW×0.7≥20.9kW，即可满足要求。
1热水系统耗热量计算
1.1热水系统最高日热水量计算公式：
Qr＝m·qr/1000
Qr——最高日热水量（m³/d）；
m——用水计算单位数（人数或床位数）；
qr——热水用水定额（L/人·d或L/床·d）。
1.2全日制供应热水的住宅、别墅、招待所、培训中心、旅馆、宾馆的客房（不含员工）、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所（有住宿）等建筑的集中热水供应系统设计小时热水量计算公式：
Qrh＝m·Kh·qr/24000
Qrh——设计小时热水量（m³/h）；
m——用水计算单位数（人数或床位数）；
Kh——小时变化系数；
qr——热水用水定额（L/人·d或L/床·d）；
表5.3.1-1住宅、别墅的热水小时变化系数Kh值
居住人数
≤100
150
200
250
300
500
1000
3000
≥6000
Kh
5.12
4.49
4.13
3.88
3.70
3.28
2.86
2.48
2.34
表5.3.1-2旅馆的热水小时变化系数Kh值
床位数
≤150
300
450
600
900
≥1200
Kh
6.84
5.61
4.97
4.58
4.19
3.90
表5.3.1-3医院的热水小时变化系数Kh值
居住人数
≤50
75
100
200
300
500
≥1000
Kh
4.55
3.78
3.54
2.93
2.60
2.23
1.95
1.3定时供应热水的住宅、旅馆、医院及工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等建筑的集中热水供应系统的设计小时热水量计算公式：
Qrh＝∑qh·no·b/1000
Qrh——设计小时热水量（m³/h）；
qh——卫生器具的小时用水定额（L/h）；
n0——同类型卫生器具数（人数或床位数）；
b——卫生器具的同时使用百分数，住宅、旅馆、医院、疗养院病房，卫生间内浴盆或沐浴器可按70%～100%计，其它器具不计但定时连续供水时间应不小于2h，工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等的浴室内的沐浴器和洗脸盆均按100%计。
住宅一户带多个卫生间时，只按一个卫生间计算。
1.4最高日平均秒耗热量计算公式：
Qd＝QrCρr（tr－tL）/（24×3600）
Qd——最高日平均秒耗热量（kW）；
Qr——最高日热水量（m³/d）；
C——水的比热，C＝4187（J/kg·℃）；
ρr——热水密度（kg/L）；
tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；
tL——冷水设计温度（℃）。
1.5设计小时平均秒耗热量计算公式：
Qh＝QrhCρr（tr－tL）/3600
Qh——设计小时平均秒耗热量（kW）；
Qrh——设计小时热水量（m³/h）；
C——水的比热，C＝4187（J/kg·℃）；
ρr——热水密度（kg/L）；
tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；
tL——冷水设计温度（℃）。
取ρr＝1kg/L，代入C值并换算单位后，公式为：
Qh＝1.163Qrh（tr－tL）＝1.163Qrh△t
△t—冷热水温度差（℃）。
1.6设计小时热水量变通计算公式：
Qrh＝Qh/1.163（tr－tL）ρr
Qrh——设计小时热水量（m³/h）；
Qh——设计小时平均秒耗热量（kW）；
ρr——热水密度（kg/L）。
1.7冷水量、热水量和混合水量换算
Qr＋Ql＝Qm
Qr/Qm＝tm－tl/tr－tl
Qr、Ql、Qm——分别为热水量、冷水量、混合水量（L）；
tr、tl、tm——分别为热水温度、冷水温度、混合水温度（℃）。
2热泵机组与贮热设备的计算
采用热泵直接供热水和间接供热水均应配贮热设备。
热泵在热水负荷较小时，向热水罐或者热水箱内贮热，在设计小时负荷状态下，热泵与贮热罐（箱）同时向外供水。
根据不同情况，可以相应调整贮热装置的大小和制热机组的制热量。
2.1热泵机组的制热量计算公式：
Qg＝24×k1Qd/T1
Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；
k1——安全系数，可取k1＝1.05～1.10；
Qd——最高日平均秒耗热量（kW）；
T1——热泵机组设计工作时间（h）。
T1应根据用水规律、低温热源情况和系统经济性等因素综合考虑确定。
全日供水时，建议取12～20（h）；定时供水时，T1由设计人定。
2.2热泵热水系统贮热总容积Vr计算公式：
Vr≥（Qh－Qg）T/1.163·η（tr-tL）ρr
Vr——贮热总容积（m³）
Qh——设计小时平均秒耗热量；
Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；
T——设计小时耗热持续时间（h），一般T＝2～4h；
η——有效容积系数；容积式水加热器η＝0.75，导流型容积式水加热器η＝0.85，卧式贮水罐和上出热水箱η＝0.8，立式贮水罐和定时供水的下出水热水箱η＝0.9；
tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；
tL——冷水设计温度（℃）；
ρr——热水密度（kg/L）。
1）Vr初步计算后建议按Qg核算蓄热时间T2，根据用水规律判断时间过长（过短）时可增加（减少）Qg，蓄热时间计算公式转换如下：
T2≥［1.163·Vr（tr－tL）ρr］/Qg
2）贮热总容积Vr较大，会出现热泵机组的供热量会很小；贮热总容积Vr较小，造成热泵机组容量较大，增加投资。
3）也可按最大小时用水量计算贮热容积：
设Vr＝T0Qrh
T0——贮热时间（h）；
Qrh——设计小时热水量（m³/h）；
初步计算后应按公式T2≥［1.163·Vr（tr－tL）ρr］/Qg核算蓄热时间。
建议T0取0.5～2h（当计算结果＜0.5h时取0.5h）。
2.3空气源热泵
1）对于（无辅助热源的）独立热水系统，应按全年最低冷水温度计算耗热量Qd——最高日平均秒耗热量和Qh——设计小时平均秒耗热量。
2）对于有辅助热源的独立热水系统，宜再按春分、秋分所月的冷水温度计算耗热量Qd和Qh
3）对于以地表水作为供水水源的独立热水系统，建议再按夏季最高冷水温度计算耗热量。
4）对于联合系统，应根据全年（或运行季）冷热负荷分析需要计算不同季节的耗热量。
5）需设置辅助热源时，应根据其最不利工况计算辅助热源的设计小时平均秒耗热量。
2.4空气源热泵的名义制热量，应根据室外计算温度修正系数和融霜修正系数公式
Qg＝q·K2·K3
Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；
q——产品样本中的名义名义制热量（kW）；
K2——使用地区室外计算温度的修正系数，按产品样本选取；
K3——机组融霜修正系数，每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。
3板式换热器的选型
3.1板式换热器的面积计算公式：
Fjr＝Qj/εK△tj
Fjr——板式换热器的换热总面积（m²）；
Qj——板式换热器的设计换热量（W）；
ε——由于水垢和热媒分布不均匀影响效率的系数，可取ε＝0.8；
K——板式换热器传热系数（W/m·℃）；初步计算可取K＝2000～3000，实际选取时参考厂家样本或由厂家直接选取；
△tj——对数平均温差（℃）；对数平均温差计算公式：
△tj＝△tmax－△tmin/ln（△tmax/△tmin）
△tmax——热媒与被加热水在换热器一端的最大温差（℃）；
△tmin——热媒与被加热水在换热器另一端的最小温差（℃）；
可取△tmin＝2℃。
3.2板式换热器的水头损失应根据厂家的技术资料确定，无资料时可取0.04～0.08Mpa。
4热泵机组循环泵的选择
4.1热泵机组设计循环流量qrx计算公式：
qrx＝K4·（Qg/1.163△tjρr）
qrx——热泵机组设计循环流量（m³/h）；
Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；
△tj——热泵机组的进出口温差（℃），一般取5℃；
K4——安全系数，可取K4＝1.10
4.1热泵机组闭式循环水泵的扬程计算公式：
H＝∑h局＋∑h沿
H——热泵机组循环水泵的扬程（m）；
∑h局——热泵机组循环管路的局部阻力（m）；
∑h沿——热泵机组循环管路的沿程阻力（m）。
5热泵机组的选择需符合下列要求：
5.1应根据低温热源和耗热量的最不利情况选择水源热泵机组，并按夏季工况校核，建议在最不利设计工况下水源热泵机组的COP值不小于3.0；空气源热泵机组的COP值不小于2.0；
5.2在有结霜可能性的地区应选用带自动除霜装置的空气源热泵机组，机组在除霜运行期间制热量降低10%～20%（最多充许每小时除霜两次）。
5.3根据气温和负荷变化情况确定机组数量，医院建筑不得少于2台，小型建筑可设1台，其它建筑不宜少于2台，机组宜为同型号且可不设备用。
5.4宜按拟选厂家产品的特性曲线和实际工况选择热泵机组容量。
5.5产品应满足国家相关产品标准要求。
法定计量单位与单位换算
国际单位制的基本单位
量的名称
单位名称
单位符号
其它表示示例
长度
米
m
质量
千克（公斤）
kg
时间
秒
s
电流
安［培］
A
国际单位制中具有专门名称的导出单位
能［量］，功，热
焦［耳］
J
N·m
功率，辐［射能］通量
瓦［特］
W
J/s
频率
赫［兹］
Hz
S-1
力，重力
牛［顿］
N
Kg·m/s2
压力，压强，应力
帕［斯卡］
Pa
N/m²
电荷［量］
库［轮］
C
A·s
电位［电势］，电压
伏［特］
V
W/A
电容
法［拉］
F
C/V
电阻
欧［姆］
Ω
V/A
国家选用的非国际单位制单位
时间
分
min
min＝60s
［小］时
h
1h＝60min＝3600s
天（日）
d
1d＝24h＝86400s
常用单位换算关系
类别
（非法定单位）×（换算系数）＝法定单位
能、功、热
kW·h
3.6×106
J
calint
4.1868
hp·h
2.68×106
功率
Kcal/h
1.163
W
hp
745.7
热量单位
热量单位：
单位符号：
J（焦耳）cal（卡）
1cal＝4.1868J
1kcal＝4187J
1kcal＝1.16kW（×0.001）
比热
单位质量的物质，温度每升高或降低1°C所需加入或放出的热量。
C，单位符号：
J/（g.K），水的比热C=4.1868J/g.K【C—水的比热，C＝4187（J/kg·℃】；
热泵
电热水炉
燃油热水炉
燃气热水炉
使用能源
电
电
轻柴油
液化气
能源热值
860kcal/度
860kcal/kW·h
10200kcal/kg
24000kcal/m³
效率
380%
95%
80%
80%
加热所耗能量
12.24度
49度
4.90kg
2.08m³
1吨热水费用
11元
44元
24.5元
29元
设在相同情况下对1000kg生活热水进行加热，冷水设计温度15℃（按广东地区地面水温度上限值选取），热水设计温度55℃，所需热量：
1000kg×40℃＝40000kcal
电的市场价格：
0.9元/kW·h；
0#柴油的市场价格：
5.00元/kg；
液化汽价格：
14元/m³
集中定时供水系统热泵机组与贮热设备的计算（例题）
1设计参数
1.1某学校学生宿舍楼一栋，房间165间，每间房1个花洒，计165个，总用水人数165人，热水定额qr＝160L/人·d，设计冷水温度10℃，机组出水温度55℃。
2机组的选型与计算
2.1系统最高日热水量
Qr＝m·qr·/1000
Qr——最高日热水量（m³/d）；
m——用水计算单位数（人数或床位数）；
qr——热水用水定额（L/人·d或L/床·d）。
代入公式
Qr＝165×160/1000
Qr＝26.4（m³/d）
2.2系统最大耗热量
Qj＝QrCρr（tr－tL）/3600
Qj——系统最大耗热量（kW）；
Qr——最高日热水量（m³/d）；
C——水的比热，C＝4187（J/kg·℃）；
ρr——热水密度（kg/L）；
tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；
tL——冷水设计温度（℃）。
3600——换算系数
代入公式
Qj＝26.4×4187×1×（55℃－10℃）/3600
Qj＝1382（kW）
2.2贮热设备的计算
设计机组在日间工作（环境温度较高）工况下蓄热，在热水供应期间不工作（超量用水情况除外），则水箱配置为26.4吨。
2.3热泵机组的计算
设计热泵机组每日工作时间T1＝13h，则机组制热量Qg≥1382÷13≥106（kW），拟选制热量为36.1kW机组3台，所选机组总制热量108.3kW，机组选型满足要求。
2.4选型核算
环境温度按冬季最低温度5℃计算，在5℃环境温度下，机组能力衰减30%，则在5℃环境温度下机组工作时间为：
T1＝1382/36.1×3×70%＝18.2h，满足要求。
设计流量和管道水力计算
1、住宅的生活给水管道的设计秒流量，应按下列步骤和方法计算
1.1根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数，按下式计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率:
Uo＝
式中：
Uo—生活给水配水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（%）；
qo—最高用水日的用水定额，按表取用（L/人·d）；
m—用水人数（人）；
Kh—变化系数按表取用；
Ng—设置的卫生器具给水当量数；
T—用水时数（h）；
0.2—一个卫生器具给水当量的额定流量（L/s）。
使用上式时应注意下列几点：
1）qo应按当地实际使用情况，正确选用；
2）各建筑物卫生器具给水当量最大用水时的平均出流概率参考值见下表
平均出流概率参考值
Uo参考值
普通住宅Ⅰ型
3.4～4.5
普通住宅Ⅱ型
2.0～3.5
普通住宅Ⅲ型
1.5～2.5
别墅
1.5～2.0
1.2根据计算管段上的卫生器具给水当量总数，按下式计算，得出该管段的卫生器具给水当量的同时出流概率:
U＝
式中：
U—计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率（%）；
αc—对应于不同Uo值的系数查表取用；
Ng—计算管段的卫生器具给水当量总数。
1.3根据算的U，按下式，得出计算管段的设计秒流量：
qg＝0.2·U·Ng
式中：
qg—计算管段的设计秒流量（L/s）；
U—计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率（%）；
Ng—计算管段的卫生器具给水当量总数。
在设计时可按计算所得的Uo及管段上的Ng查表，即可得该管段的设计秒流量（可用内插法）。
但应注意下列几点：
1）当计算管段的卫生器具给水当量总数超过表中的最大值时，其流量应为最大小时平均秒流量qg＝0.2·Uo·Ng；
2）当大便器采用延时自闭冲洗阀时，其当量以0.5计，但要在计算得到的qg值上再附加1.10L/s为管段的设计秒流量。
1.4当管段接有两条及以上Uo值不同（即q0、m、K等参数不同）的支管时，该管段的最大用水时卫生器具给水当量平均出流率按下式计算：
Uo＝
式中：
Uo—计算管段的卫生器具给水当量平均出流概率（%）；
Uoi—所接支管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（%）；
Ngi—相应支管的卫生器具给水当量总数。
注：
本式只适用于枝状管网的计算。
2、集体宿舍、旅馆、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、客运站、会展中心、中小学教学楼、公共厕所等建筑的生活给水设计秒流量，应按下式计算：
qg＝0.2·α
式中：
qg----计算管段的给水设计秒流量（L/s）；
Ng----计算管段的卫生器具给水当量总数（L/s）；
α----根据建筑物用途而定的系数,应按下表选用。
根据建筑物用途而定的系数值
建筑物名称
α值
建筑物名称
α值
幼儿园、托儿所、养老院
1.2
医院、疗养院、休养所
2.0
门诊部、诊疗所
1.4
集体宿舍、招待所、宾馆
2.5
办公楼、商场
1.5
客运站、会展中心、公共厕所
3.0
学校
1.8
使用上式时应注意下列几点：
1）如计算值小于该管段上一个最大卫生器具给水额定流量时，应采用一个最大的卫生器具给水额定流量作为设计秒流量；
2）如计算值大于该管段上按卫生器具给水额定流量累加所得流量值时，应按卫生器具给水额定流量累加所得流量值采用；
3）有大便器延时自闭冲洗阀的给水管段，大便器延时自闭冲洗阀的给水当量均以0.5计，计算得到的qg附加1.10L/s的流量后，为该管段的给水设计秒流量。
3、工业企业的生活间、公共浴室、职工食堂或营业餐馆的厨房、体育场馆的运动员休息室、剧院的化妆间、普通理化实验室等建筑的生活给水管道的设计秒流量，应按下式计算：
qg＝∑·qo·n0·b
式中：
qg——计算管段的给水设计秒流量（L/s）；
qo——同类型的一个卫生器具给水额定流量（L/s）；
no——同类型卫生器具数；
b——卫生器具的同时给水百分数,应按表1～3采用。
表1工业企业的生活间、公共浴室、剧院的化妆间、洗衣房
体育场馆运动员休息室等卫生器具同时给水百分数（%）
卫生器具名称
同时给水百分数
工业企业
生活间
公共浴室
剧院化妆间
体育场馆运
动员休息室
洗衣房
洗涤盆（池）
33
15
15
15
（25～40）
洗手盆
50
50
50
50
洗脸盆、盥洗槽水嘴
60～100
60～100
50
80
（60）
浴盆
-
50
-
-
无间隔淋浴器
100
100
-
100
（100）
有间隔淋浴器
80
60～80
60～100
大便器冲洗水箱
30
20
20
20
（30）
大便器自闭式冲洗阀
2
2
2
2
小便器自闭式冲洗阀
10
10
10
10
小便器（槽）自动冲洗水箱
100
100
100
100
净身盆
33
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饮水器
30～60
30
升级会员 