集中式太阳能热水系统设计指南

集中式太阳能热水系统设计指南

引用

新浪网

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https://k.sina.com.cn/article_3228472064_c06e930000103lvgk.html

太阳能热水系统在建筑中的应用越来越广泛，不同类型的建筑需要采用不同的系统设计。本文详细介绍了多层住宅、高层住宅、公共建筑和游泳池等不同场景下常用的太阳能热水系统，包括系统特点、设计注意事项以及相关技术参数，为相关专业技术人员提供了全面的参考指南。

多层住宅常用的太阳能热水系统

1. 分散（整体式）开式太阳能热水系统（内置电辅热）

• 特点：集热板放置在屋面，集热水箱标高高于集热板。
• 设计注意事项：
• 用水点水压不平衡的问题；
• 最高层用户热水水压小于0.05MPa的问题；
• 太阳能集热水箱的进出水管可以用同一根管。

2. 分散（整体式）、闭式太阳能热水系统

• 特点：集热板放置在屋面或阳台，热水箱标高可高于或低于集热板放置，可内置电辅热或外置燃气热水器辅热。
• 设计注意事项：
• 热水箱的进水管和出水管应分开设置。
• 当集热板放置在阳台时，集热板应有防止坠落伤人的安全措施；并需复核底层用户集热板的日照时数是否小于4小时（住宅的建筑间距系按日照不小于2小时确定）。

高层住宅常用的太阳能热水系统

1. 集中（集中集热、分散储热）闭式太阳能热水系统

• 特点：集热板放置在屋面，与户内的储热水箱间接换热。户内的储热水箱可内置电热水器，见图1。户内的储热水箱也可外置燃气热水器见图2。
• 设计注意事项：
• 集热板与户内的储热水箱热交换的循环管应同程布置。
• 循环水泵的用电单独计量，循环水泵的运行费用可与电梯的运行费用合并计算，太阳能热水系统不另行向用户收费。

2. 集中（集中集热、集中储热）闭式太阳能热水系统

• 特点：集热板和储热水箱放置在屋面，储热水箱为闭式。户内设热水器辅热，见图3。
• 设计注意事项：
• 储热水箱由高区冷水管供水；
• 每户的冷水和热水进户管均设水表计量，集热循环水泵和热水系统回水泵的用电单独计量，其运行费用可与电梯的运行费用合并计算，太阳能热水系统不另行向用户收费。
• 由于低区冷水和热水不同源，故低区应有解决用水点水压不平衡的措施（低区热水支管上设减压阀）。

3. 分散（整体式）闭式太阳能热水系统

• 特点：集热板放置在阳台，热水箱标高可高于或低于集热板放置，可内置电辅热或外置燃气热水器辅热。
• 设计注意事项：集热板应有防止坠落伤人的安全措施；并需复核底层用户集热板的日照时数是否小于4小时（住宅的建筑间距系按日照不小于2小时确定）。

公共建筑常用的太阳能热水系统

1. 集中开式太阳能热水系统

• 特点：集热板、集热、储热水箱放置在屋面，集热、储热水箱为开式。见图4。
• 设计注意事项：热水变频增压泵的扬程应满足用水点冷热水水压平衡的要求。

2. 集中闭式太阳能热水系统

• 特点：集热板、集热水箱放置在屋面，集热水箱为闭式。见图5。
• 设计注意事项：热水系统的膨胀罐宜设在屋顶，可减少膨胀罐的容积。计算膨胀罐的容积时，系统水容积应包括闭式储热水箱的容积。

游泳池池水加热常用的太阳能热水系统

• 特点：集热板放置在屋面，为间接加热。见图6。
• 设计注意事项：
• 按平时运行耗热量计算集热板数量。初次池水加热供热量不足部分，由辅助热源供给，以节省投资；
• 池水加热不能采用直接加热；
• 板式换热器宜采用通水侧水头损失不大2m的产品，且板式换热器的材质宜选用316L。

集中热水系统设计思路及案例介绍

设计小时耗热量

• 定义：热水供应系统中用水设备、器具最大时段内的小时耗热量。
• 规范引用：《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版) 2.1.87
• 相关概念：设计小时热水量、平均小时耗热量、热水系统的小时变化系数。

全日热水供应系统与定时热水供应系统

• 定义：在全日、工作班或营业时间内不间断供应热水的系统为全日热水供应系统；在全日、工作班或营业时间内某一时段供应热水的系统为定时热水供应系统。
• 规范引用：《建筑给水排水设计规范》2.1.79A、2.1.79B

供热量与贮热量

• 设计小时供热量：热水供应系统中加热设备最大时段内的小时产热量。
• 规范引用：《建筑给水排水设计规范》2.1. 87A
• 贮热量：由水加热器、贮热设备储存的热水折算出的热量。
• 折算方式：贮热量=贮热水体积×热水密度×温差×比热。采用容积式水加热器时，耗热量、供热量和贮热量之间的关系为：供热量=耗热量-贮热量/T。
• 贮热量的调节作用：
• 调节供热量与最大小时耗热量的差值（容积式加热器）；
• 调节供热量与设计秒耗热量之间的差值（半容积式热水器）；
• 当系统无贮热量时（即热式、半即热式）：
• 热源应满足设计秒耗热量的需求；
• 有可靠灵敏的温度控制装置；

传热系数

• 定义：在特定工况（流速、流态、换热界面材质等）下，表面式水加热器单位面积上传递热量的能力。该数值反映水加热器的工作效率。
• 传热系数≠导热系数，材质一定条件下，导热系数是定值，传热系数是变值；实际换热器的传热系数要通过实验测定。
• 影响传热系数的因素：1/K=1/α1+δ/λ+1/α2
• α1-热媒向换热管内壁的对流传热系数，正比于热媒流速的0.8次方；
• α2-换热管外壁向被加热水的对流传热系数，正比于被加热水流速的0.8次方；
• δ-换热管壁厚、锈蚀和水垢的总厚度；
• λ-热管壁、锈蚀和水垢的导热系数；
• 提高传热系数K的措施：
• 增大热媒与被加热水的流速，增加湍流程度，从而提高对流传热系数；
• 选用合适的加热器材质，控制锈蚀、结垢的情况；

系统组件

加热设备

• 分类：直接加热、间接加热
• 直接加热：热水炉、热水器、加热水箱……
• 间接加热：水-水、汽-水热交换器（容积式、半容积式、半即热式、即热式等）……

贮热设备

• 分类：开式（水箱）、闭式（水罐）；贮热、贮热+加热（容积式加热器）。

水加热器的选用要求

• 热效率高，节材、节能、节地；
• 热水侧阻力小（规范建议小于0.01MPa），有利于冷热水压力平衡；可靠、安全、易检修。

贮热设备的选用要求

• 有效贮热容积系数大，低温区、滞水区少；
• 温控系统可靠，出水温度稳定。

不同水加热器的构造特点

• U型管换热器及其发展：
• 其他形式的换热器：

常见水加热器性能对比

板式换热器+储水罐的形式与导流型容积式水加热器的比较

输水至加热器和用水点

1. 热水管道管材选用的要求

• 耐热耐腐蚀；
• 连接方便可靠；（机械连接、焊接、熔接、粘接）
• 符合饮用水卫生标准；

2. 常用的管材

• 金属管：薄壁铜管、薄壁不锈钢管；（机械连接或焊接）
• 塑料管：PP-R，PB、PEX；（熔接）PVC-C（粘接）
• 复合管：衬塑钢管（内衬PP-R、PEX、PVC-C，机械连接）、铝塑复合管（内外覆PP-R、PEX，机械连接、熔接）；

3. 管道布置要求

• 冷热水管道水力同程，主要回水点回水管道水力同程；
• 合理设置活动支架、固定支架和伸缩节，避免温度变化产生的形变与压力破坏管道；（尤其是塑料管道）