太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）设计⽅案太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统) ⼀、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）设计依据和设计标准
1、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）⼯程概况
架构调整
XXX⽣活热⽔主要⽤于淋浴和⾯盆，分布在地下⼀层⾄地上三层。原设计⽤⽔量为15吨/天，现有系统热⽔管道供⽔管径DN80，回⽔管径DN50，本系统-东莞热泵要求24⼩时供热⽔，其中⽤⽔⾼峰时间为11:30～14:00，15:30～16:30。热⽔⽔温要求不低于45℃。太阳能热⽔⼯程的设备安装位置要求：集热器安装在纪念堂屋顶上檐，离地下⼀层⾼度约40⽶，安装后不影响纪念堂整体外观。换热器、⽔箱、辅助电加热设备、控制柜等相关辅助设备安装在纪念堂地下⼀层。最不利的⽤⽔点⾼度为35⽶。 辅助能源：辅助能源采⽤电锅炉。
2、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）设计指标：
此⽅案中，我们选择春分所在⽉倾斜⾯上的⽇均辐照量(19.308MJ/m2)为标准。安装总集热⾯积为178.4㎡的太阳能集热系统。在设计条件(基础⽔温15℃，集热效率为0.60，⽔箱及管道损失为0.10)下，系统在没有外物遮挡的情况下可以将15000㎏温升30℃。
3、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）当地⽓象资料
基础⽔温：15℃
太阳辐照资料
根据国家⽓象中⼼提供的《中国⽓象辐射资料年册》(2001年)中，北京(区站号：54511；东经：116o28?；北纬：
39o48?；观测点海拔⾼度：31.3m)的⽉⽇均及年总辐射数据(单位MJ/m2)：
⼆、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）运⾏原理及说明
我们根据⽤户要求，结合贵⽅的实际⽤⽔情况，确定采⽤U型管集热器、远程控制柜(包括传感器)、保温⽔箱等主要设备，来完成贵⽅需求的各项功能。
1、太阳能热⽔⼯程闭式系统-东莞空⽓能热泵（承压系统）系统原理图：
2、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）运⾏原理
(1)、说明：循环泵P，备⽤泵Pb，温度T,⽔位L，电磁阀DCF，锅炉B。 每个电磁阀前安装过滤器，并安装旁路。
(2)、控制要求：
集热器温度探头T1；三个储⽔箱温度探头T2-1,T2-2,T2-3
a.温差循环：三个⽔箱依次循环。
储⽔箱A与集热器的温差循环为先，当集热器的温度T1-1与储⽔箱A的温度T2-1之差⼤于5度，即(T1-1-T2-1≥5℃)循环泵P1启动，当两者温度之差⼩于2度(T1-1-T2-1≤2℃)，循环泵停⽌循环；当储⽔箱A内的温度到达50℃时，系统⾃动转换到储⽔箱B⽔箱的集热循环，依次循环。
供⽔：采⽤变频供⽔，先以储⽔箱A为供⽔⽔箱，当储⽔箱A内的⽔⽔位L-1低于⼀个⽔位时，电磁阀DCF2-1⾃动关闭，系统⾃动切换到储⽔箱B，电磁阀DCF2-2打开。
b.辅助能源(电锅炉B)：当⽔箱A内的⽔位低于2个⽔位时，电锅炉B⾃动切换到⽔箱B，监测⽔箱B的温度，若温度低于30度，电锅炉启动，将⽔加热⾄ 30度停⽌，半⼩时后系统监测⽔箱B温度，若⽔温度低于40度，电锅炉启动，将⽔箱B内的⽔加热⾄40度，停⽌加热，再过半⼩时后系统⾃动监测⽔箱B内的温度，将⽔箱B内的温度加热⾄50度停⽌加热。当⽔箱B内的⽔位到达2个⽔位时，锅炉⾃动切换到下⼀个⽔箱，进⾏系统检测加热，依次类推。
c.防冻循环：当楼顶管道温度T1-2低于5度时，进⾏防冻循环，循环泵P1启动。循环到10度停⽌。
e.过热保护：当集热器的温度⾼于95度时，散热器开始⼯作将管道温度降⾄80度。
温差循环泵P与Pb⼀备⼀⽤，两台循环泵交替使⽤，避免⽔泵⼯作时间过长，寿命降低。
f.军团菌为需氧⾰兰阴性杆菌，是⼀种⼈类单核细胞和巨噬细胞内寄⽣菌，军团菌喜⽔、存活时间长，⽣存的温度为0～60℃，在60℃迅速死亡，系统设计将每周对⽔进⾏⾼温加热⾄60℃，防⽌军团菌的滋⽣。
三、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）重要项校核计算及说明 1、直接系统
集热器集热⾯积
2、间接系统的集热器集热⾯积
mmbbs 间接式系统太阳能集热系统和热⽔供应系统之间通过换热器换热，由于换热器内外存在传热温差，使得在获得相同温度热⽔的情况下，间接系统⽐直接系统的集热器运⾏温度⾼，集热器效率低，所需的集热器总⾯积⽐直接系统⼤，需要在直接式系统计算基础上进⾏⾯积补偿。
间接系统的集热器总⾯积可按式3-25计算
变速箱试验台 3、换热器选择计算
选型的主要任务是计算板式换热器有效换热⾯积，计算如下：
热流量
对数平均温差
当板间流速为0.3～0.5m/s时，可按(⽔(汽)——⽔：K=3000～5000;⽔(汽)——油：K=400～1000；油——油：K=175～400)估计。
板间流速
流经板式换热器产⽣的压⼒降，对于⽔来说当板间流速不⼤于0.4m/s时，。具体不同⼚家的产品阻⼒略有不同，具体选型时可乘以1.2的系数，也可跟⼚家直接联系沟通数据的准确度。
换热器选择注意点：
换热器选择时要根据换热量，⼀次侧进出⽔温度，⼆次侧进出⽔温度进⾏换热⾯积的计算，选择时要加上⼀定的余量，⼀般都是乘以1.2的系数。
换热器选择时⼀定要跟连接的管路管径相匹配，⼀般应使管路的管径⼩于换热器管束的直径。
换热器选择时要明确换热器的阻⼒特性，以便在以后的动⼒设备选型时准确计算管路阻⼒损失。⼀般都要乘以1.2的系数。
换热器的流速不宜过⼤，以使换热充分。
换热器串联时，接⼝尺⼨要⼀致，或者皆⽐所连接的管⼦的直径⼤才合适。
间接式太阳能热⽔系统的太阳能集热系统中应设置膨胀罐以吸收由于温度变化所引起的膨胀量变化，膨胀罐前应设置⼀定容积的冷⽔容器以防⽌膨胀的介质直接进⼊膨胀罐对隔膜或胶囊造成破坏，膨胀罐的容积应在常规计算的基础上扩⼤⾄少10%以考虑热媒可能沸腾所需要的容积。在⽔加热器和⽌回阀之间的冷⽔进⽔管上以及热⽔回⽔管的分⽀管上均应设置膨胀罐。
膨胀罐的形式有隔膜式压⼒膨胀⽔罐和胶囊式压⼒膨胀⽔罐。
在实际⼯程中，我们经常使⽤的是隔膜式膨胀罐。
隔膜式膨胀罐较之普通型膨胀罐的优点有：
①隔膜将空⽓与⽔隔离开，空⽓不会被⽔重新吸收，所以隔膜式膨胀罐不需要定期排⽔以免⽔涝发⽣。
②由于没有⽔涝发⽣，就不会由于安全阀泄⽔⽽补充新鲜⽔，⽽由此带来的系统腐蚀问题则会避免。
③隔膜式膨胀罐的空⽓压⼒可以根据系统注⽔后的静压调节，使系统加热前⼏乎没有⽔进⼊膨胀罐，因此膨胀罐的体积及重量更⼩。
④预压空⽓为密封状态，因此膨胀罐(理论上)可以安装在系统任何位置。
⑤普通型膨胀罐要求的锅炉接头不再需要。
正确选择的隔膜式膨胀罐应该在系统⽔加热到最⾼温度时，其压⼒低于安全阀设定压⼒0.3巴左右。低于设定压⼒0.3巴的富余量能防⽌安全阀泄⽔。同时也⽅便将安全阀安装在膨胀罐接⼝的下端。
隔膜式膨胀罐选型的第⼀步是计算空⽓预压值，通过公式计算：
Pa=Ps+0.3
式中：
Pa=空⽓预充压⼒(bar)
Ps=系统静压(bar)，指膨胀罐的接⼝到系统最⾼点的这段距离的⽔柱压⼒，⽐如此距离为10.2⽶，系统静压则为
1bar。
正确的空⽓预充压⼒是膨胀罐⼊⼝处的静压，加上系统顶部0.3巴的额外量。在系统注⽔前，需要将膨胀罐的空⽓预充压⼒调节到计算出来的空⽓预压值。膨胀罐壳体上的充⽓阀可以实现加⽓或放⽓：加⽓可以通过⼀个⼩的空⽓压缩机或⾃⾏车⽓筒实现，在加⽓时需要使⽤⼀个精度为0.1巴的⽓压表检测。公交车线路牌
正确的空⽓预充压⼒保证膨胀罐隔膜在系统注⽔后未加热时完全膨胀到壳体。如果空⽓预充压⼒低于计算值，系统在未加热时就有⼀部分系统⽔进⼊到膨胀罐⾥⾯，因此当系统加热时膨胀罐的容积不够。空⽓预充压⼒不够就等同于膨胀罐容积偏⼩，会造成每次系统加热时安全阀泄⽔，这种情况必须予以避免。
计算了空⽓预压值后，可以通过公式2计算膨胀罐最低容积：
V=△eXC/1-(Pi/Pf)4-13
式中：
V——膨胀罐最低容积(升);
△e——⽔加热膨胀系数差，即⽔加热到最⾼温度的系数—⽔冷却时的温度系数;
C——系统总⽔量(升);
Pi——起始压⼒，为Pa+1, 即计算的膨胀罐空⽓预压值+1bar的⼤⽓压(bar);
Pf——最终压⼒，安全阀设定的最⼤压⼒+1bar的⼤⽓压。
⽔加热膨胀系数‘e’—相对于⽔温在4℃时体积的膨胀系数
5、防过热保护
太阳能系统在太阳能辐照量较好的夏季，若⽤⽔量持续偏⼩或不⽤⽔，将会造成系统温度过⾼，系统压⼒增加。在这种⼯况下，太阳液(传热介质)稳定性差，同时对太阳能集热器⾃⾝的寿命有⼀定的影响。
为了避免这种现象的出现，保障系统的正常运⾏，在系统中安装了过热保护器。当三个⽔箱中的温
手动甘蔗榨汁机度均超过80℃，太阳能集热器的温度超过90℃时，常开电磁阀DCF5关闭，将太阳能过热保护器串联在集热系统中，进⾏散热；当三个⽔箱中有⼀个⽔箱中的⽔温低于80℃或集热系统中的温度低于90℃时，关闭电磁阀。
根据以上统计，太阳辐射强度取值1000w/㎡，系统集热⾯积为178.4㎡，采光⾯上的辐射强度为178.4KW。集热效率为0.5，则太阳能集热系统收集的热量为89.7KW。
查阅2001年5——8⽉份⽇辐射量，最⼤⽇辐射量为27.82MJ;2002年5——8⽉份⽇辐射量，最⼤⽇辐射量为27.78MJ。按照该辐射量计算每天的热量分别为2481.54MJ(集热效率为0.5)和2233.38MJ(集热效率为0.5)。根据以上数据选⽤2481.54MJ 为每天的得热量。
由上图曲线不难发现太阳能辐射量最⼤值持续时间均为1天。⽇辐照量超过26MJ时，持续时间不超过3天;⽇辐照量超过20MJ，平均值在24MJ左右时(出现在5⽉份)，持续时间最多10天，此时每天集热系统的平均集热量为2140MJ左右。
过热保护设备及⽅案：
过热保护采⽤空调冷却⽔箱，冷却⽔箱尺⼨为18m×2.85m×2m。冷却⽔箱中⽔位⾼度1.8m，⽔箱中⽔的重量为92.34吨，⽔温通常为20℃。
太阳能集热器得到得热量部分(80%)通过换热器加热冷却⽔箱的冷⽔，若再有剩余排放部712MJ，每天排放热⽔量为：
需要排放热⽔代出的热量为：2140-1712=428MJ
冷⽔温度按20℃，出⽔温度按80℃计算，每天需要排放的热⽔量为1.7吨。
换热器的型号：
五羟基己醛 散热量为1712MJ，散热温度80℃，冷却⽔温度20℃。
根据换热⼚家提供的型号为：LFP-R-0.23。
冷却⽔箱中安装浮动盘管换热器，⽣活⽔箱中的⽔温达到80℃且集热器的温度达到90℃时，打开循环⽔泵，将⽣活⽔箱中的热⽔通过换热器加热冷却⽔箱的冷⽔，达到降温的⽬的。
6、集热器布置说明
集热器完全按照与建筑结合的要求，采⽤钢结构固定在楼顶，与建筑混为⼀体，集热器分上下两排分布，两台间距为180mm。管道采⽤紫铜管。
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