太阳能工程设计方案及案例
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12 584 -4811954841737720 2372112627081406854 292
13 661 -11121041815856961059390 219611441032485
4 902 269 68236817457321871896169210411755673
5446 16788341377594970437 232214171793654
621489 7063561260581976361 2340143922571012
728 -2 984 19216597911796930170510182187 958
在工程中，在仅知道建筑的总面积的情况下可采用以下采暖热指标进行计算。
建筑物热指标推荐表（2003技术措施：暖通空调）
建筑物
类型
住宅
办公楼
医院
托幼
旅馆
图书馆
商店
单层
住宅
食堂餐厅
影剧院
大礼堂
体育馆
热指标
（W/m2）
45～70
60～80
65～80
60～70
45～75
65～75
80～105
115～140
90～115
（4）计算在3小时供暖模式下的办公楼采暖面积下的能耗，我们选80（W/m2）为设计采暖指标。
式中： -------全天模式采暖期能耗量（MJ）
--------建筑耗热量指标（W/m2）
A----------采暖面积（m2）
已知： ＝80W/m2，A＝3000 m2，计算得Qcq＝2592MJ。
因此在定时供暖的条件下，办公楼和住宅楼需要的能量为：2520+2592=5112MJ
三、烟台气象资料分析
1．烟台地区2001年和2002年月均辐照量图表（详细见附表）
2001年
2002年
2．日照时数及日照百分率
地名
日照时数（小时）
日照百分率（％）
平均
冬
夏
平均
冬
夏
日照
2698.4
188.0
260.5
63
61.7
60.3
3．气象资料分析表
气象资料分析表
工程名称
滨州医学院烟台校区
地址
烟台
最高
32℃最低-1Fra bibliotek℃天数
20
天数
31天
4
其他
4．2001年、2002年烟台日辐照量表
2001年烟台日辐照量表
区站号 54764(烟台)北纬 3730 东经12115 观测场拔海高度 32.6米 2001
───────────────────────────────────────────
1月2月 3月 4月 5月 6月
8 17173132735415246051284637 2093118622051005
9 922 -125123529817567771448735 275615101689652
10 855 -13510543521898883463 19319759881971873
11 515 -94 466 23016467831744815 267114041817785
北京、天津、山东全部，河北、山西、陕西的大部分，河南北部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一小部分
4
10～15
第三分区
上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部，河南南部
5
15～20
第四分区
广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部
10～15
20
第五分区
贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分
115～160
（3）计算在5小时供暖模式下的住宅单位采暖面积下的能耗量,我们选取70（W/m2）为设计采暖指标.
式中： -------全天模式采暖期能耗量（MJ）
--------建筑耗热量指标（W/m2）
A----------采暖面积（m2）
已知： ＝70W/m2，A＝2000 m2，计算得Qcq＝2520MJ。
二、工程需求：
1、用水要求：本方案为学生洗浴用水工程，系统能满足每天1500人洗澡,最低出水量80吨，用水温度为45℃。用水形式为淋浴，用水方式为定时用水，要求室内管道循环，一开就有热水。
2、场地情况：楼高五层，1、2层用水，楼顶为平顶，太阳能及水箱置于屋面上（水箱为不锈钢组合水箱，不锈钢采用3042B，聚胺脂保温不小于50mm）。
7
15～20
本方案在设计时冷水计算温度取4℃。
月份
辐照量
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
15.60
17.87
19.16
21.87
24.14
25.14
23.42
21.09
21.20
18.46
17.64
15.725
年总
7320.40
2、全年太阳辐照情况根据国家气象中心提供的2001年全国各地日均及年总辐射数据（单位MJ/m2），拉萨站（北纬29°40´，东经91°08´，区站号55591）水平地面太阳辐照量数据如下：
日期 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射
1 579 -491250248914 287 213310401492990 23691020
2 983 6410272001131539 2076 9901756107825231129
3 828 67 741 2211388682 23941126660391 2102858
当T2<45℃时，锅炉启动加热，泵2启动将水箱中的水送入到锅炉中，当T2＞45℃时，锅炉不必启动加热；加热后的水由泵3送入采暖管道进行采暖循环。
四、系统的原理图
本项目共采用四套集热循环控制系统，一套供暖及与锅炉房配接的控制系统，30立方的热水储水箱2个，保证热水有一定的储存。
五、相关计算
1、太阳能地板辐射采暖的设计计算
太阳能工程设计方案及案例
第八章、工程案例
第一节拉萨市无线电管理局太阳能采暖系统
拉萨市是国内阳光最好的城市，由于当地能源缺乏，冬季大部分的房屋没有统一的采暖系统，雪域高原是目前环境污染最轻的城市之一，烧煤锅炉等污染性设备不允许再使用，随着太阳能热水器的应用技术日趋成熟，我们能否利用太阳能达到采暖效果呢？为此，针对拉萨市无线电管理局的采暖项目，我们进行了一次大胆的尝试，利用太阳能产生的热水进行办公楼及住宅楼的采暖，取得了很好的效果，下面对此进行展开介绍。
第二节滨州医学院烟台分校太阳能系统
一、滨州医学院烟台校区简介：
滨州医学院是一所省属高等医学院校，1970年青岛医学院整体搬迁至山东省滨州市办学，自1974年开始独立办院，现分滨州、烟台两校区。
学校目前占地93万平方米，建筑面积40余万平方米，全日制在校生1万余人，成人教育在校生11200余人。现有教职工868人，其中有专任教师450余人，专任教师中教授69人，副教授近200人;另有兼职教师4000余名。拥有52个教研室、12个多功能综合实验室、11个研究所（室）和2个研究中心；编辑出版《中国医院统计》和《滨州医学院报》，向国内外公开发行。
（滨州医学院烟台校区鸟瞰图）
滨州医学院烟台校区坐落于烟台市莱山区观海路，烟台位于东经119°34′～121°57′，北纬36°16′～38°23′，地处山东半岛中部，属于暖温带大陆性季风气候，具有雨水适中，空气湿润，气候温和的特点，可谓冬无严寒，夏无酷暑。全市年平均降水量为651.9毫米，年平均气温11.8℃，年平均相对湿度68%，年平均日照时数2698.4小时，太阳辐射总量年平均值5224.4兆焦耳/平方米，年平均风速内陆地区3～4米/秒，沿海地区4～6米/秒，全市平均无霜期210天。烟台四季分明，各具特色。
ηcd------集热器全日集热效率，取值为0.40。
ηL-----管路及储水箱热损失率，无量纲；在此取值0.2；
经计算得：太阳能系统每天提供的热量为6893.28MJ
6893.28MJ/6645.6MJ=1.037
可以看出系统设计能够满足客户需求，经实际运行，效果良好，超出客户的期望值，是非常值得推广的。
（1）、设计参数的确定
地板辐射采暖的表面平均温度数值如下：
采暖表面分类
温度（ ℃）
住宅地面
24～26
很少有人停留的地面
28～30
游泳池及浴池地面
30～35
无人停留的地面为
35～40
可见住宅地板辐射采暖的表面温度一般都低于30℃，所以就要求热媒温度为40℃～50℃，就目前我国北方的太阳能集热器的利用情况来讲，热媒温度最高为50℃左右，所以我们设计供回水温度分别为45℃和30℃。
考虑采暖热损失为30%，则设备需要提供的总热量为6645.6MJ。
2、太阳能集热系统的计算
Q＝AC·JT·ηcd·(1-ηL)
式中：Q------太阳能系统每天提供的热量；MJ，
Ac-----直接系统集热器采光面积，㎡；Ac=860.8㎡
JT------集热器受热面上日均辐照量，MJ/㎡；这里取集热器日均斜面为:25.025MJ
一、概况
拉萨无线电管理局新建五层平顶办公楼，采暖面积3000m2，为地板采暖系统，居民楼2栋为3层平顶旧建筑，为暖气片对流采暖系统，采暖面积各为1000m2左右。利用太阳能为地板采暖系统提供部分热源,办公楼采暖时间为早上8:00—11:00时;居民楼供暖时间为：下午17:00—22:00时。
拉萨地处西藏中部稍偏东南，雅鲁藏布江中上游北部及其支流拉萨河流域及西北地区，高原温带半干旱季风气候。拉萨的气候特点为：辐射强，日照时间长，年日照时数在3000小时以上，有“日光城”之称；平均气温低，日温差大，6月平均气温为15.7℃，平均最高气温为22.9℃，是一年中温度最高的月份，1月平均气温为-2℃，平均最低气温-9.7℃，是一年中最低的月份，多年极端最高温度为29.6℃，极端最低气温-16.5℃，分别出现在6月和1月，夏季无高温，是夏季的避暑胜地；干湿季明显，雨季降水集中，多为昼晴夜雨的天气。
二、设计：
1、基础水温：冷水计算温度
根据《建筑给水排水设计规范》GB50015－2003提供的数据，冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定，在无当地水温资料时参照下表：
分区
地区
地面水温度
地下水温度
第一分区
黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北部分，宁夏偏东部分
4
6～10
第二分区
3、太阳辐照资料根据国家气象中心的《中国气象辐射资料年册》，参考烟台地区的气象资料。
4、辅助能源：拟采用燃气锅炉。
5、材料材质要求符合国家有关标准；所报产品必须为同种产品中的优级产品，制作工艺及技术规范按现行国标执行；详细说明所报产品的各种性能及技术指标；供货商所供产品必须是各厂家的最新产品。
6、要求太阳能及水箱固定支架牢固耐久，应考虑抗风、抗震、抗锈蚀等。
经纬度
东经121°22′，北纬37°32′
序号
项目
具体情况
备注
1
风力分析
历史最大风力
10级
十年之内最大风力记录
9级
去年超过6级风力总天数
60天
2
恶劣自然环境分析
酸雨
无
冰雹
很少出现
雨雪雾
101天/38天/91天
雷
26天
地震
无
3
温度分析
历史最高/最低温度
最高
35℃
最低
-18℃
天数
76天
天数
46天
去年最高/最低温度
（2）、供暖热负荷的确定
供暖系统的设计热负荷可用下式表示：Q=Q1+ Q2+ Q3+-Qd
其中，Q1为围护结构耗热量，Q2为冷风渗透耗热量，Q3为冷风侵入耗热量，Qd为太阳辐射进入室内的热量。此系统是以辐射采暖为主（占60%以上），辅以对流传热。据《暖通规范》及实际工程设计情况，一般民用建筑冬季室内设计温度取18℃。辐射采暖的设计温度比普通散热器采暖的设计温度低1℃～3℃，所以我们取为15℃。但这种计算方法繁琐，且需要条件多。
三、太阳能采暖的工作原理
太阳能地板辐射采暖系统可采用图1所示的形式：
图1太阳能地板辐射采暖系统
典型的太阳能地板辐射采暖系统由太阳集热器，控制器，集热循环泵，蓄热保温水箱，辅助热源，供回水管，关断阀若干，三通阀，过滤器，循环泵，分水器，加热器组成。
当T1＞T2时，控制器就启动水泵，水进入集热器进行加热，并将集热器的热水压入水箱，水箱上部温度高，下部温度低，下部冷水再进入集热器加热，构成一个循环。当T1<T2，水泵停止工作。
我们选用12月份的太阳平均日辐照量15.725MJ/m2为设计依据，同纬度集热器倾斜面上的太阳辐照量经计算为25.025MJ/m2
3、本方案设计指标
经计算，该工程的设计热负荷为380000W。本方案设计安装联集管集热器160台，总采光面积为860.8㎡，在冬季1-3月份平均日太阳辐照量大于17.52MJ/m2的条件下，每天提供热量为6886.88MJ.。满足本项目使用面积为5000㎡的定时采暖需求，阴雨天或甲方延长采暖时间而造成的热量不足由电锅炉和水箱电加热来辅助加热来满足。
13 661 -11121041815856961059390 219611441032485
4 902 269 68236817457321871896169210411755673
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621489 7063561260581976361 2340143922571012
728 -2 984 19216597911796930170510182187 958
在工程中，在仅知道建筑的总面积的情况下可采用以下采暖热指标进行计算。
建筑物热指标推荐表（2003技术措施：暖通空调）
建筑物
类型
住宅
办公楼
医院
托幼
旅馆
图书馆
商店
单层
住宅
食堂餐厅
影剧院
大礼堂
体育馆
热指标
（W/m2）
45～70
60～80
65～80
60～70
45～75
65～75
80～105
115～140
90～115
（4）计算在3小时供暖模式下的办公楼采暖面积下的能耗，我们选80（W/m2）为设计采暖指标。
式中： -------全天模式采暖期能耗量（MJ）
--------建筑耗热量指标（W/m2）
A----------采暖面积（m2）
已知： ＝80W/m2，A＝3000 m2，计算得Qcq＝2592MJ。
因此在定时供暖的条件下，办公楼和住宅楼需要的能量为：2520+2592=5112MJ
三、烟台气象资料分析
1．烟台地区2001年和2002年月均辐照量图表（详细见附表）
2001年
2002年
2．日照时数及日照百分率
地名
日照时数（小时）
日照百分率（％）
平均
冬
夏
平均
冬
夏
日照
2698.4
188.0
260.5
63
61.7
60.3
3．气象资料分析表
气象资料分析表
工程名称
滨州医学院烟台校区
地址
烟台
最高
32℃最低-1Fra bibliotek℃天数
20
天数
31天
4
其他
4．2001年、2002年烟台日辐照量表
2001年烟台日辐照量表
区站号 54764(烟台)北纬 3730 东经12115 观测场拔海高度 32.6米 2001
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1月2月 3月 4月 5月 6月
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北京、天津、山东全部，河北、山西、陕西的大部分，河南北部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一小部分
4
10～15
第三分区
上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部，河南南部
5
15～20
第四分区
广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部
10～15
20
第五分区
贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分
115～160
（3）计算在5小时供暖模式下的住宅单位采暖面积下的能耗量,我们选取70（W/m2）为设计采暖指标.
式中： -------全天模式采暖期能耗量（MJ）
--------建筑耗热量指标（W/m2）
A----------采暖面积（m2）
已知： ＝70W/m2，A＝2000 m2，计算得Qcq＝2520MJ。
二、工程需求：
1、用水要求：本方案为学生洗浴用水工程，系统能满足每天1500人洗澡,最低出水量80吨，用水温度为45℃。用水形式为淋浴，用水方式为定时用水，要求室内管道循环，一开就有热水。
2、场地情况：楼高五层，1、2层用水，楼顶为平顶，太阳能及水箱置于屋面上（水箱为不锈钢组合水箱，不锈钢采用3042B，聚胺脂保温不小于50mm）。
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本方案在设计时冷水计算温度取4℃。
月份
辐照量
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
15.60
17.87
19.16
21.87
24.14
25.14
23.42
21.09
21.20
18.46
17.64
15.725
年总
7320.40
2、全年太阳辐照情况根据国家气象中心提供的2001年全国各地日均及年总辐射数据（单位MJ/m2），拉萨站（北纬29°40´，东经91°08´，区站号55591）水平地面太阳辐照量数据如下：
日期 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射 总辐射净辐射
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当T2<45℃时，锅炉启动加热，泵2启动将水箱中的水送入到锅炉中，当T2＞45℃时，锅炉不必启动加热；加热后的水由泵3送入采暖管道进行采暖循环。
四、系统的原理图
本项目共采用四套集热循环控制系统，一套供暖及与锅炉房配接的控制系统，30立方的热水储水箱2个，保证热水有一定的储存。
五、相关计算
1、太阳能地板辐射采暖的设计计算
太阳能工程设计方案及案例
第八章、工程案例
第一节拉萨市无线电管理局太阳能采暖系统
拉萨市是国内阳光最好的城市，由于当地能源缺乏，冬季大部分的房屋没有统一的采暖系统，雪域高原是目前环境污染最轻的城市之一，烧煤锅炉等污染性设备不允许再使用，随着太阳能热水器的应用技术日趋成熟，我们能否利用太阳能达到采暖效果呢？为此，针对拉萨市无线电管理局的采暖项目，我们进行了一次大胆的尝试，利用太阳能产生的热水进行办公楼及住宅楼的采暖，取得了很好的效果，下面对此进行展开介绍。
第二节滨州医学院烟台分校太阳能系统
一、滨州医学院烟台校区简介：
滨州医学院是一所省属高等医学院校，1970年青岛医学院整体搬迁至山东省滨州市办学，自1974年开始独立办院，现分滨州、烟台两校区。
学校目前占地93万平方米，建筑面积40余万平方米，全日制在校生1万余人，成人教育在校生11200余人。现有教职工868人，其中有专任教师450余人，专任教师中教授69人，副教授近200人;另有兼职教师4000余名。拥有52个教研室、12个多功能综合实验室、11个研究所（室）和2个研究中心；编辑出版《中国医院统计》和《滨州医学院报》，向国内外公开发行。
（滨州医学院烟台校区鸟瞰图）
滨州医学院烟台校区坐落于烟台市莱山区观海路，烟台位于东经119°34′～121°57′，北纬36°16′～38°23′，地处山东半岛中部，属于暖温带大陆性季风气候，具有雨水适中，空气湿润，气候温和的特点，可谓冬无严寒，夏无酷暑。全市年平均降水量为651.9毫米，年平均气温11.8℃，年平均相对湿度68%，年平均日照时数2698.4小时，太阳辐射总量年平均值5224.4兆焦耳/平方米，年平均风速内陆地区3～4米/秒，沿海地区4～6米/秒，全市平均无霜期210天。烟台四季分明，各具特色。
ηcd------集热器全日集热效率，取值为0.40。
ηL-----管路及储水箱热损失率，无量纲；在此取值0.2；
经计算得：太阳能系统每天提供的热量为6893.28MJ
6893.28MJ/6645.6MJ=1.037
可以看出系统设计能够满足客户需求，经实际运行，效果良好，超出客户的期望值，是非常值得推广的。
（1）、设计参数的确定
地板辐射采暖的表面平均温度数值如下：
采暖表面分类
温度（ ℃）
住宅地面
24～26
很少有人停留的地面
28～30
游泳池及浴池地面
30～35
无人停留的地面为
35～40
可见住宅地板辐射采暖的表面温度一般都低于30℃，所以就要求热媒温度为40℃～50℃，就目前我国北方的太阳能集热器的利用情况来讲，热媒温度最高为50℃左右，所以我们设计供回水温度分别为45℃和30℃。
考虑采暖热损失为30%，则设备需要提供的总热量为6645.6MJ。
2、太阳能集热系统的计算
Q＝AC·JT·ηcd·(1-ηL)
式中：Q------太阳能系统每天提供的热量；MJ，
Ac-----直接系统集热器采光面积，㎡；Ac=860.8㎡
JT------集热器受热面上日均辐照量，MJ/㎡；这里取集热器日均斜面为:25.025MJ
一、概况
拉萨无线电管理局新建五层平顶办公楼，采暖面积3000m2，为地板采暖系统，居民楼2栋为3层平顶旧建筑，为暖气片对流采暖系统，采暖面积各为1000m2左右。利用太阳能为地板采暖系统提供部分热源,办公楼采暖时间为早上8:00—11:00时;居民楼供暖时间为：下午17:00—22:00时。
拉萨地处西藏中部稍偏东南，雅鲁藏布江中上游北部及其支流拉萨河流域及西北地区，高原温带半干旱季风气候。拉萨的气候特点为：辐射强，日照时间长，年日照时数在3000小时以上，有“日光城”之称；平均气温低，日温差大，6月平均气温为15.7℃，平均最高气温为22.9℃，是一年中温度最高的月份，1月平均气温为-2℃，平均最低气温-9.7℃，是一年中最低的月份，多年极端最高温度为29.6℃，极端最低气温-16.5℃，分别出现在6月和1月，夏季无高温，是夏季的避暑胜地；干湿季明显，雨季降水集中，多为昼晴夜雨的天气。
二、设计：
1、基础水温：冷水计算温度
根据《建筑给水排水设计规范》GB50015－2003提供的数据，冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定，在无当地水温资料时参照下表：
分区
地区
地面水温度
地下水温度
第一分区
黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北部分，宁夏偏东部分
4
6～10
第二分区
3、太阳辐照资料根据国家气象中心的《中国气象辐射资料年册》，参考烟台地区的气象资料。
4、辅助能源：拟采用燃气锅炉。
5、材料材质要求符合国家有关标准；所报产品必须为同种产品中的优级产品，制作工艺及技术规范按现行国标执行；详细说明所报产品的各种性能及技术指标；供货商所供产品必须是各厂家的最新产品。
6、要求太阳能及水箱固定支架牢固耐久，应考虑抗风、抗震、抗锈蚀等。
经纬度
东经121°22′，北纬37°32′
序号
项目
具体情况
备注
1
风力分析
历史最大风力
10级
十年之内最大风力记录
9级
去年超过6级风力总天数
60天
2
恶劣自然环境分析
酸雨
无
冰雹
很少出现
雨雪雾
101天/38天/91天
雷
26天
地震
无
3
温度分析
历史最高/最低温度
最高
35℃
最低
-18℃
天数
76天
天数
46天
去年最高/最低温度
（2）、供暖热负荷的确定
供暖系统的设计热负荷可用下式表示：Q=Q1+ Q2+ Q3+-Qd
其中，Q1为围护结构耗热量，Q2为冷风渗透耗热量，Q3为冷风侵入耗热量，Qd为太阳辐射进入室内的热量。此系统是以辐射采暖为主（占60%以上），辅以对流传热。据《暖通规范》及实际工程设计情况，一般民用建筑冬季室内设计温度取18℃。辐射采暖的设计温度比普通散热器采暖的设计温度低1℃～3℃，所以我们取为15℃。但这种计算方法繁琐，且需要条件多。
三、太阳能采暖的工作原理
太阳能地板辐射采暖系统可采用图1所示的形式：
图1太阳能地板辐射采暖系统
典型的太阳能地板辐射采暖系统由太阳集热器，控制器，集热循环泵，蓄热保温水箱，辅助热源，供回水管，关断阀若干，三通阀，过滤器，循环泵，分水器，加热器组成。
当T1＞T2时，控制器就启动水泵，水进入集热器进行加热，并将集热器的热水压入水箱，水箱上部温度高，下部温度低，下部冷水再进入集热器加热，构成一个循环。当T1<T2，水泵停止工作。
我们选用12月份的太阳平均日辐照量15.725MJ/m2为设计依据，同纬度集热器倾斜面上的太阳辐照量经计算为25.025MJ/m2
3、本方案设计指标
经计算，该工程的设计热负荷为380000W。本方案设计安装联集管集热器160台，总采光面积为860.8㎡，在冬季1-3月份平均日太阳辐照量大于17.52MJ/m2的条件下，每天提供热量为6886.88MJ.。满足本项目使用面积为5000㎡的定时采暖需求，阴雨天或甲方延长采暖时间而造成的热量不足由电锅炉和水箱电加热来辅助加热来满足。