太阳能设计指南.docx
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太阳能设计指南
一、设计前的现场查勘
1．了解和测量热水系统安装点有关资料：
屋面尺寸（包括天面水池，楼梯间等其他构筑物的平面和高度），承重的墙、承重梁的分布情况，消防管及其它管的分布和高度尺寸。
2．屋面或安装点的负载能否满足热水系统的安装条件，同时用指南针测量屋面或安装点的方位。
3．集热器与前面遮阳物的距离：
测量可能对集热器产生阴影的建（构）筑物的高度。
4．水源：
从天面水池接入时，要测量水池的最高水位和最低水位；从市政管网接入时，应了解在用水高峰季节和用水高峰时段的水压情况。
5．电源：
对热水系统配有用电设备的，需了解电压、输电线路可供容量及接驳位置和控制箱的安装位置，特别是加热装置为电热管时，应了解用户的供电容量和安装点的供电线路是否满足要求，如果用户是自己发电，还应了解频率、相电压、线电压情况。
6．燃油（气）的供给：
对已确认的使用燃油（气）作加热装置或辅助加热装置的要了解燃油（气）接驳位置和燃气的种类、压力能否满足要求；对于已有地下储油设施的，或只设地面油泵的；自活动油车将油从地面抽入天面热水炉的日用油箱时，应与客户协商好天面油箱、地面油泵的位置及大小（日用油箱与燃油热水锅炉应有7米以上的安全距离）。
7．冷热水交接位置：
要了解冷水从哪里接驳，哪些位置需要供热水（开）水，与供水点的管网安装有关的建筑物平面及立面尺寸要测量准确。
二、集热器的朝向及安装倾角和遮阳物体的距离
1．集热器的朝向：
1.1.平板集热器、玻璃真空管和热管等南北向放置的太阳能集热器朝向应为正南方，如受条件限制不能满足时，其偏移角允许有偏差：
在低纬度23处为20以内，在中纬度30处为15以内，在高纬度36处为7。
且偏西比偏东好，在坡屋面安装时，其方位可作进一步调整，但必须与客户讲明吸热效果会差10~20%。
2．集热器的安装倾角
2.1.平板集热器、南北向放置的玻璃真空集热管、玻璃真空热管集热管的最佳倾角是集热面与太阳能光线垂直，对于全年使用的，可采用当地地理纬度作为倾角；冬季使用以纬度+10作为倾角；夏季使用的纬度-10作为倾角。
对于夏季气温较高的亚热带地区其倾角为30，在其它地区作适当调整，其倾角以5和10为单位，便于制作。
在坡屋面安装集热器时，视其坡度和整体美观情况而定。
2.2.东西向放置的玻璃真空集热管、玻璃真空热管集热管的采光面为圆弧型，因此，对其安装倾角没有太严格的要求。
我们规定为15º，以减少支架的材料用量和提高空间的利用率。
3．集热器与遮阳物的距离
一般以遮阳物的高度的1~1.3倍作为间距，纬度高的地区选大值
三、太阳集热器的安装位置对建筑物屋面承载的要求
1．一般地区
屋面的承载力应大于150㎏/㎡。
2．沿海地区
因有台风的影响，屋面的承载应大于200㎏/㎡。
四、蓄热水箱位置的确定
根据承重梁柱的尺寸确定其荷载：
常规情况下，水箱的安装位置应选择在有承重立柱的“十”字梁或“T”字梁上，其水箱的重量均匀分布在梁上。
梁的尺寸和钢筋配置情况与荷载有直接关系，因此应按照表1来选择水箱的设计容量：
承重梁尺寸与荷载选择表表1
梁
荷尺
载寸
形状
600X400
（高X宽）
550X350
（高X宽）
500X300
（高X宽）
450X250
（高X宽）
400X200
（高X宽）
十字型
8m3
7m3
6m3
4m3
3m3
T字型
6m3
5m3
4.5m3
3m3
2m3
对于较大容量的水箱，在一个承重梁柱不能满足要求的前提下，可选择多个承重梁均匀承重，并用工字钢或预制钢筋混凝土反梁做水箱加强基础，参照表2、表3来选择工字钢与反梁的规格：
水箱加强底座工字钢选型表2
A
B
C
4m3
5m3
6m3
7m3
8m3
9m3
10m3
15m3
20m3
25m3
30m3
3m
10#
10#
12.1#
12.6#
12.6#
12.6#
10#
4m
12.6#
14#
14#
16#
16#
16#
16#
18#
16#
18#
20a#
6m
16#
18#
18#
20a#
20b#
22a#
20b#
25a#
25b#
28b#
32a#
7.5m
18#
20a#
20b#
22a#
22b#
25a#
25a#
28b#
32a#
36a#
36c#
A：
水箱容量
B：
水箱加强底座工字钢型号
C：
承重梁柱跨距
注：
以上工字钢选型是按水箱底座安装示意图计算的。
（参见图59）
钢筋混凝土反梁尺寸参考表表3
反跨
梁距
规格
水箱容量
3m
4m
6m
7.5m
8
10
15
20
25
30
五、热、开水用量计算
1．热水用量（水温以60℃为标准）表4
用水量
场所
用水方式
桶提冲凉
淋浴
浴缸
泡脚盒
工厂定时供热水
15~25L/人次
30~45L/人次
学校、医院定时供热水
20~30L/人次
40~60L/人次
普通旅店定时供热水
50~70L/人次
高级宾馆、酒店、医院全天候供热水
100~150L/人次
150~250L/床次
沐足
10L/人次
桑拿
100L/人次
说明：
表中用水量为广东地区行业设计用水量参考值，具体用水量应与甲方协商或参照国家有关标准执行。
2．开水用量：
人均2㎏/日
六、
平板型太阳热水器的系统设计
名词定义：
集热器单体并联：
是指每块集热器之间的连接采用铜卡套接头直接连成一排的方式叫单体并联。
集热器连接级数：
是指一个单体并联的出口与另一个单体并联的入口相连接时，第一个单体并联为一级，第二个单体并联为二级，两个单体并联的组合称为一级串联组合，依此类推。
集热器阵列：
若干个集热器单体并联或串联的组合称为集热器阵列。
1．自然循环系统：
自然循环系统是靠热虹吸作用进行循环，其蓄热水箱底部应较最末端集热器阵列上循环管顶部水平面高出300mm以上，以防止夜间储热水箱水的逆循环；它具有结构简单，造价相对较低，故障率低等特点。
（见图1）。
1.1安装面积：
每一个独立的系统集热面积小于50㎡时应优先选择。
1.2集热器的连接方式：
1.2.1.单体并联：
集热器块数一般不超过6块。
（见图2）
1.2.2.并联阵列：
每一个单体并联不超过6块，每个并联阵列不超过3个单体并联为宜。
（见图3）
1.3上、下循环管的连接方式：
因为是自然循环，故要求系统的上、下循环管弯头尽可能少一些，否则，循环阻力过大，会影响系统的热效率。
当采用一个独立系统不能克服管道弯头过多的问题时，可考虑设几个单一的自然循环系统，但必须注意上、下循环管与集热器蓄热水箱的连接绝不能有反坡现象，应沿水流的方向有1%的坡度，上循环管与水箱连接时严禁使用90度弯头，应使用135度弯头，以免产生气堵，严重影响循环效果。
（见图4、图5）
1.4循环管管径的选择：
管径太大会增加散热面积，管径太小会增加循环阻力，因此，上、下循环管的流通截面积应等于几个集热器单体并联进出口与循环管接驳时截面积总和的70%~90%。
（见表5）表5
集热器单体并联数量
1个
2个
3个
4个
5个
6个
7个
8个
管径
DN25
DN32
DN40
DN50
DN50
DN50
DN50
DN65
1.5水箱设置：
每个自然循环系统设一个蓄热水箱，也可几个系统共用一个蓄热水箱（见图6）
2.强制循环系统
2.1强制循环是利用水泵使集热器与蓄热水箱内的水进
行循环，它的特点是蓄热水箱的位置不受集热器位置制约，可任意设置，我们一般采用温差控制方式循环，即利用蓄热水箱下部的温度传感器与集热器阵列末端上循环出口的温度传感器之间的温度差控制水泵的起动运行。
实际工程设计时，一般为避免温差循环泵的频繁启动，其温差循环泵启动工作时的温差值通常随季节变化情况按照在5~8℃之间来设定，而泵停止工作的温差控制下限一般可按2~3℃之间设定（见图7）。
2.2安装面积：
强制循环布置具有很大的灵
活性，通常可做成并联、串联或串并联结合等多种组合形式。
并联连接时应注意流量平衡，串联时也要尽可能使流经各组阵列的流量不致过大，以免系统阻力过大。
对于集热器面积大于60㎡，小于或等于280㎡（甚至300㎡）的系统，根据集热器安装地点的建筑平面结构状况，既可设计成单个独立强制循环系统，也可分设成多个独立强制循环系统；但单个系统的集热面积较小时，则其单位面积工程造价就相对较高，而单个系统集热面积较大时，则循环管路较长，系统管道阻力增大而对循环泵的扬程要求较高，导致增加循环泵的功率和增大管道的安装密封要求。
实际进行工程设计时，应从技术和经济等方面综合考虑，合理布局选择优化设计方案。
2.3集热器的连接方式（见图8、图9、图10）
2.4.上、下循环管的连接方式
上、下循环管应为同程式连接设计。
上、下循环管与蓄热水箱的距离尽量缩短，弯头尽可能少一些，以减少管道的阻力；要求上循环管有不小于3‰的坡度，并在容易产生积气的地方装设排气阀，防止产生气堵，而影响循环效果。
（见图11、图12）
2.5循环管管径的选择
上、下循环管的流通截面积应不小于集热器串、并联后与循环管的接驳口总的截面积的60%（见表6）表6
集热器组数
一组
二组
三组
四组
五组
六组
循环管管径
DN20
DN25
DN32
DN32
DN40
DN40
2.6水箱设置：
每个系统可设一个或多个蓄热水箱，也可几个系统共用一个蓄热水箱，水箱与集热器安装距离可远可近，可高可低，但必须考虑到系统循环管路增长之后，管道的散热损失增大（见图13）
2.7强制循环泵的选型
泵的小时流量按系统的日产水量的50~70%选择，系统（独立系统）的日产水量按太阳能集热面积乘以每平方产水量（如70L/m2）计算，水泵扬程为系统总水头损失的1.1~1.3倍选择，对于单级并联或两级并串联阵列也可按下表选择：
（见表7）
太阳能强制循环泵选择表
表7
集热器面积
单体并联块数
单体并联组数
串联级数
循环管径
水泵扬程
水泵流量
60~80㎡
5~8
4~6
1~2级
DN32
15m
2.5~3.5m3/h
80~100㎡
5~10
5~8
1~2级
DN32
20m
3.3~4.2m3/h
100～150㎡
5~12
6~10
2级
DN40
20m
4.2~6.3m3/h
150～200㎡
7~12
8~12
2级
DN40
25m
6.3~8.4m3/h
200～250㎡
7~12
9~12
2级
DN50
32m
8.4~10.5m3/h
250～280㎡
11~12
11~12
2级
DN50
20m
10.5~12m3/h
循环泵选型计算范例１：
图14系统集热面积为78m2，按循环流量78㎡×70L/㎡×64%=3510L/h；主管径DN32，根据循环管各管段长度、流量选择适当管经，查水力计算表计算各管段沿程水头损失，按30%计局部损失，集热器阵列总阻力按每块集热器0.5m～1m左右计。
本系统水力计算见表8。
从计算结果所需循换泵总扬程11.53m（循环流量3.51m3/h）选择ISG32-125A水泵，流量3.1/4.5/5.8m3/h，扬程17.6m/16m/14.4m,电机功率0.55KW。
表8
太阳能循环管路水力计算
管段编号
管段长度（m）
流量
（L/h）
管径
（mm）
流速
（m/s）
沿程水头损失
每米损失（mmH2O）
管段损失（mmH2O）
0～1
10.5
3510
32
1.12
111
1166
1～2
集热器阵列7.5
1170
按20估算
1.18
258
1935
2～3
3
1170
32
0.38
13
39
3～4
3
2340
32
0.75
50
150
4～5
2
3510
32
1.12
111
222
5～6
2
3510
32
1.12
111
222
6～7
集热器阵列6.5
1170
按20估算
1.18
258
1677
7～8
3
1170
32
0.38
13
39
8～9
3
2340
32
0.75
50
150
9～10
11
3510
32
1.12
111
1221
管段沿程水头损失合计:
6821mmH2O
按沿程水头损失30%计算局部水头损失合计:
6821mmH2O×30%=2047mmH2O
系统总水头损失=6821mmH2O＋2047mmH2O=8868mmH2O=8.87mH2O
水泵扬程=系统总水头损失×1.3=11.5mmH2O
循环泵选型计算范例2：
（不推荐采用）
见图15，系统为二个一级并联，主管管径配置如图所示。
根据循环管各管段长度、流量选择适当管经，查水力计算表计算各管段沿程水头损失，按30%计局部损失，集热器阵列总阻力按每块集热器0.5m～1m左右计。
该系统水力计算见表9。
从计算结果所需循换泵总扬程按主管采用DN32和DN40两种配置计算（循环流量3.51m3/h）分别选择：
主管DN32时：
所需水泵扬程11.5米，可选择ISG32-125A水泵，流量3.1/4.5/5.8m3/h，扬程17.6m/16m/14.4m,电机功率0.55KW；如果系统循环管主管采用DN40时，所需水泵扬程5.09米，也可选择ISG32-125A水泵，流量3.1/4.5/5.8m3/h，扬程17.6m/16m/14.4m,电机功率0.55KW。
表9
太阳能循环管路水力计算比较
管段编号
管段长度（m）
流量
（L/h）
管径
（mm）
流速
（m/s）
沿程水头损失
每米损失
（mmH2O）
管段损失
（mmH2O）
0～1
24
5040
32/40
1.61/1.2
228.43/105.3
5482/2527
1～2
7.5
2520
25/32
1.48/0.81
288.15/57.11
2161/428
2～3
集热器阵列6.5
840
按20估算
0.9
51
332
3～4
3
840
25/32
0.53/0.29
36/7.7
108/23
4～5
3
1680
25/32
0.99/0.54
129/25.4
387/76
5～6
1
2520
25/32
1.48/0.81
288.15/57.11
288/57
6～7
4.5
5040
32/40
1.61/1.2
228.43/105.3
1028/474
管段沿程水头损失合计:
主管DN32时为：
9786mmH2O；主管DN40时为：
3917mmH2O
按沿程水头损失30%计算局部水头损失合计:
主管DN32时为：
2936mmH2O；主管DN40时为：
1175mmH2O
系统总水头损失：
主管DN32时为：
12722mmH2O；主管DN40时为：
5092mmH2O
主管DN32时,水泵扬程=系统总水头损失×1.3=11.5mH2O
主管DN40时,水泵扬程=系统总水头损失×1.3=6.63mH2O
注：
循环管路管道流速一般可选择1.0米/秒～1.5米/秒左右，对环境有特殊要求的场合管道流速可选择小一些，具体需根据实际情况灵活处理。
2.8强制循环泵的控制
强制循环泵应设计安装在下循环总管上，将蓄热水箱内的水抽入集热器并将其热水顶回蓄热水箱，对于水箱水位低于最高位置集热器的应在泵前设置单向止回阀，以防止集热器内的水倒流回蓄热水箱，使集热器空晒而影响热效率。
其水泵受温差控制器控制，温差控制器有高、低温传感器二个，高温传感器装在集热器末端阵列中最高温度点的上循环管上，检测集热器内水的温度；低温探头装在蓄热水箱距底部50mm处的外臂上，检测未进入集热器前水的温度。
它是利用二个温度传感探头之间温差控制水泵的起动运行，其温差为5℃，我们所采用的温差控制器的温差设定值为：
当温差达到5～8℃时，水泵启动；当温差小于2～3℃时，水泵停止。
对于可以调整温差控制值的，在冬季可以将该值调小一些。
（见图16）
3.定温放水系统
定温放水是通过温度控制器控制电磁阀或水泵，用水源压力或水泵加压，将集热器内的热水顶入蓄热水箱内，这种系统的特点是只要有太阳就能得到一定的温度的热水，它的另一个特点是可以与温差控制式强制循环方式一同使用，这样能有效地利用热水。
（见图17）
3.1.安装面积
单个独立系统不宜超过280㎡。
3.2.集热器的连接方式（见图8、图9、图10）
3.3.集热器进出口管道的连接方式
进出口管应为同程式连接设计。
进出口管道与蓄热水箱的距离尽量缩短，弯头尽可能少一些，特别是以减少管道的阻力；要求出水管有3‰的坡度,并在容易产生积气的管上装设排气阀，防止产生气堵而影响水流。
（见图18）
3.4.进出口管径的选择：
进出口管径的流通截面积应不小于集热器串、并联后与进出口管道的接驳口总的截面积的60%（见表10）
表10
集热器组数
一组
二组
三组
四组
五组
六组
进出口管径
DN20
DN25
DN32
DN32
DN40
DN40
3.5.水箱设置：
每个系统可设一个或多个蓄热水箱，也可几个系统共用一个蓄热水箱（见图19）
3.6.电磁阀和水泵的选择
3.6.1.在冷水压力足够的情况下，选择电磁阀来控制水流，因电磁阀的流通截面积较小，所以其选型原则应比进水管管径大一个规格。
3.6.2.在冷水压力不够的情况下，应选择水泵加压来控制水流。
其选型原则是其流量等于系统的日产水量的25%即可，水泵的扬程应通过计算系统的阻力大小来确定。
3.7.电磁阀和水泵的控制
电磁阀或水泵受集热器阵列中出水口处最高水温点的水温控制，其感温探头装在集热器的出口处。
七、板集热器的连接件选择
1.集热器与集热器之间的连接：
采用Φ25双卡套铜接头（既101）。
2.集热器与循环管的连接：
采用Φ25×DN20单卡套铜接头（既102）。
3.
集热器上安装水咀时，采用Φ25×DN15单卡套铜接头（既104）。
4.集热器之集管管口需堵塞时，采用Φ25单卡套铜堵头（既103）。
八、真空集热管和玻璃真空热管集热管太阳热水器系统的设计
1．自然循环系统
1.1.玻璃真空集热管：
冷水从蓄热水箱下部经下循环管进入连集箱后，再进入各玻璃真空集热管内，当集热管管中的水被太阳加热后，产生比重差而向上浮升，于是上部的水流入连集箱上部，再经上循环管流至蓄热水箱上部，而蓄热水箱下部的冷水由于比重较大，经下循环管自动流入连集箱而进入集热管下部，如此反复循环。
（见图20）
1.2.玻璃真空热管集热管：
冷水从蓄热水箱下部经下循环管进入连集箱后，当玻璃真空管内的热管的蒸发端被太阳加热后，将热量传给冷凝端，通过冷凝端将热能传递给连集箱中的水，使连集箱中的水产生比重差而向上浮升，经上循环管流至蓄热水箱上部，而蓄热水箱下部的冷水由于比重较大，经下循环管自动流入连集箱下部，如此反复循环。
（见图20）
1.3.安装组数
小于10组（500支）。
1.4.集热器的连接方式及上、下循环管的连接方式（见图21、图22）
上、下循环管的连接方式：
因为是自然循环，故要求系统的上、下循环管弯头尽可能减少，否则，循环效果不好，会影响系统的热效率，因此，优先采用自然循环系统或500支以上的集热管也可考虑设几个单一的自然循环系统。
1.5.循环管管径的选择
循环管管径的截面积约等于若干组集热器出口与循环管并联接驳时的截面积总和。
见表11
表11
集热器组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
管径
DN25
DN32
DN40
DN50
DN50
DN65
DN65
DN80
DN80
DN80
1.6.水箱设置：
每个自然循环系统设一个蓄热水箱，也可几个系统共用一个蓄热水箱。
2.强制循环系统
强制循环是利用水泵使集热器与蓄水箱内的水进行循环，它的特点是蓄热水箱的位置不受集热器位置制约，可任意设置，我们一般采用温差控制方式循环，即利用蓄热水箱下部的温度传感器与集热器上部的温度传感器之间的温度差控制水泵的起动运行，其温差值在5~8℃之间。
（见图23）
2.1.安装面积：
25组或1250支
2.2集热器的连接方式与上、下循环管的连接方式（见图24、图25、图26）
上、下循环管的连接方式：
上、下循环管应为同程式连接设计。
上、下循环管与蓄热水箱的距离尽量缩短，弯头尽可能少一些，以减少管道的阻力；要求上循环管有1%的坡度，防止产生气堵，而影响循环效果。
由于真空管集热器（不含热管）不能承受太大压力，一般宜关联，不可串联。
（见图24、图25、图26）
2.2.循环管管径的选择
上、下循环管的流通截面积应不小于集热器串、并联后与循环管的接驳口总的截面积的60%（见表12）
表12
集热器组数
一组
二组
三组
四组
五组
六组
循环管管径
DN20
DN25
DN32
DN32
DN40
DN40
2.3.水箱设置：
每个系统可设一个或多个蓄热水箱，也可几个系统共用一个蓄热水箱。
2.4.强制循环泵的选型
2.5.流量：
按每支真空管2.5L~4L/h选择泵的流量。
2.5.1.扬程：
玻璃真空管集热管与连集箱的连接方式为直插式，且采用“O”型硅胶密封圈密封，因此，其工作压力在0.1Mpa以下，故水泵和扬程应选用10m以下，以防止运行不正常时将密封圈挤出。
2.6.强制循环泵的控制
强制循环泵应设计安装在下循环总管上，将蓄热水箱内的水抽入集热器并将其热水顶回蓄热水箱，对于水箱水位低于最高位置集热器的应在泵前设置单向止回阀，以防止集热器内的水倒流回蓄热水箱，使集热器空晒而影响热效率。
其水泵受温差控制器控制，温差控制器有二个温度传感探头，一个装在集热器阵列末端上循环管最高温度点处，检测集热器内水的温度；另一个装在蓄热水箱距底部50mm处的外臂上，检测未进入集热器前水的温度。
（见图25）它是利用二个温度传感探头之间温差控制水泵的起动运行，其温差为5℃，我们所采用的温差控制器的温差设定值为：
当温差达到8℃时，水泵启动；当温差小于3℃时，水泵停止。
对于可以调整温差控制值的，在冬季可以将该值调小一些。
。
九、强制循环温差控制器高温传感探头的安装位置及安装方式
温差控制器的高温传感探头的安装位置以能够准确检
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