平板太阳能热水器设计方案

平板太阳能热水器设计方案

太阳能是最具潜力的可再生能源。我国太阳能资源极为丰富，年太阳能辐照总量大于502万kJ/㎡、年日照时数超过2200h的地区占国土面积2/3以上。按我国《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划》要求，我国太阳热水器保有量到2015年达到2.7亿m2，2020年达到5.0亿m2，2005年我国太阳能热水器的保有量7500万m2，由此可见，太阳能光热利用有着广阔的市场前景。

太阳能热利用的范围非常广，可以供暖、干燥、制冷、发电、海水淡化、消毒等。太阳能供热采暖是太阳能利用的新方向，它可以满足冬季供暖,其它季节供热水,是太阳能光热综合应用新技术,在我国北部地区的应用已引起了关注。长三角地区虽然属于非供暖地区，但冬季也相当寒冷，给人们的生活生产带来诸多不便，有供暖的必要。供暖常见的热源主要是燃煤、燃气、燃油锅炉或热电厂蒸汽。在长三角地区，由于供暖时期较短，相关设施不完备，一般情况下冬季常用空调制热，耗电量大，效果不好，人们迫切要求开发节能型供暖设备，太阳能供暖首当其冲。

长三角所处华东地区是我国太阳能资源丰富的地区之一，太阳能年辐射总量在

3.3×106~8.4×106千焦/米2之间，每平方米的得热量相当于112～286公斤标准煤！按目前太阳能光热转换率最低45%考虑，太阳能用于生活、生产供热采暖完全可以胜任。

1、设计资料：

本工程为满足飞索半导体（中国）有限公司供暖及热水需求设计，设计耗热量为120kw。2、设计依据

1)GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》

2)ISO9806-1：1994《太阳集热器检测方法》

3)GB/T6424-997《平板型太阳能集热器技术条件》

4)GB4271-84《平板型太阳能集热器热性能试验方法》

5)GB/T1551-1995《太阳能热水器吸热体、连接管及其配件所用弹性材料的评价方式》

6)GB/T 13384—92《机电产品包装通用技术条件》

7)GBJ93-86《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

8)GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》

9)GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》

10)GB50332-2002《给水排水工程管道结构设计规范》

11)GBJ15-88《建筑给水排水设计规范》

12)JGJ116-98《建筑抗震加固技术规程》

13)GB50009-2001《建筑结构荷载设计规范》

14)GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

15)JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

16)GBJ131-90《自动供仪表安装工程质量检验评定标准》

17)GB/T50106-2001《给水排水制图标准》

18)GB4272-92《设备及管道保温技术通则》

19) 98R418《管道及设备保温》国家建筑标准设计图集

20)建质〖2003〗4号《全国民用建筑工程设计技术措施》2003年3月1日起执行

21)JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》

3、设计参数

3.1气象参数

地理位置：北纬31.3°, 东经120.6°

年太阳辐照量：水平面4657.516MJ/m2，30°倾角表面5544.37MJ/m2

年日照时数：1997.5h

年平均日照时数：5.5h

年平均温度：16.0℃；

年平均日太阳辐照量：水平面12.76 MJ/m2，30°倾角表面15.191MJ/m2

3.2热水设计参数

小时耗热量：120kw

设计热水温度：60℃

设计冷水温度：17℃

3.3太阳能集热器性能参数

集热器类型：平板集热器

集热器规格型号：YASOL-PM-111114

集热器采光面积：2m2

4、设计方案

4.1工程原理图

说明（结合运行原理图）：

1、根据苏州的地理位置，集热器采用30°倾角，保证太阳热水系统冬季热水供应。

2、工质循环管道采用紫铜管，耐腐蚀、耐高压，寿命长。

3、采用两个水箱：一个作为集热水箱，另外一个作为恒温供水水箱。双循环控制，24h 供应热水。

4、自动补水：系统采用电磁阀自动补水，当供热水箱内水位低于设定水位时打开电磁阀进行补水。

5、集热温差循环：在储热水箱与集热器之间采用温差循环控制。当集热器内温度T1比储热水箱内水的温度T2高5℃以上，集热循环水泵P1自动启动；当二者之间的温差小于2℃时，P1停止运行。

6、防冻：系统采用双循环控制，集热循环介质采用YASOL双循环承压系统专用循环介质，高沸点、低凝固点，彻底解决防冻问题，保证系统一年四季正常运行。

7、恒温供水：控制柜恒温智能控制，恒温供水。当供热水箱温度T3低于52℃时，启动辅助能源，开始加热。当供热水箱内温度达到55℃时停止，满足用水温度，辅助热源为容积式水加热器，热媒为蒸汽。。

8、两水箱之间的循环：当储水箱内温度T2比供热水箱内温度T3高5℃以上时，循环泵P2启动，两水箱之间开始循环，当二者之间的温差小于2℃时，P2停止运行。以达到节能的作用。

9、注意事项：电磁阀前面加装过滤器，以防止杂质堵塞电磁阀；水平安装的单向阀选用升降式单向阀，垂直安装的单向阀选用旋启式单向阀。

4.2、设计计算

4.2.1太阳集热器的定位

太阳集热器朝向:正南；倾角:30°。

4.2.2集热器面积确定

4.2.2.1确定太阳能保证率f

苏州属太阳能资源一般区，系统全年使用，取太阳能保证率f＝0.6。

4.2.2.2 确定管路及贮水箱热损失率ηL 由于系统保温的热水管路和贮热水箱等部件都在室内，环境温度较高，ηL取0.05。

4.2.2.3集热器年集热效率ηcd

取ta＝17℃；ti＝tL/3+2tend/3= 45.67℃；SY＝5.5h ; JT＝15191KJ／㎡。

归一化温差=767W/m2

则归一化温差X=0.0374㎡?℃／W。

查得ηcd＝0.55。

取Qw＝20571L / d ; c = 4.187kJ /（kg?℃）；ρr＝1kg/L；tend＝60℃；tL＝17℃；JT＝15191KJ/㎡；f＝0.6；ηL＝0.02；ηcd＝0.55。

Ac=326.6m2

集热器的规格为一块2㎡，则需要163.3块集热器，取164。

则实际集热器面积为328㎡。

4.2.3设备选型

4.2.3.1贮热水箱按每平方米太阳集热器面积对应75L贮热水箱容积确定：

水箱的有效容积Vr＝75Ac＝24600L

4.2.3.2集热系统循环泵

按每平方米集热器的流量为0.02kg / (㎡?s）计算，集热系统的流量为23616L / h，此流量即为集热系统水泵的流量。

4.2.3.4集热系统换热器加热面积计算

0.95x112920/5000/5/0.8=5.4m2

4.2.4系统节能效益分析

4.2.4.1基础参数

电热值3600KJ/ kwh用电价格0.55元/kwh电锅炉效率0.95

天然气热值：34000KJ/m3天然气价格：2.4元/m3燃气锅炉效率：0.8

柴油热值：46040kj/kg柴油价格：5.42元/kg燃油锅炉效率：0.85

标准煤热值：29298 kj/kg煤价格：800元/吨燃煤锅炉效率：0.65

4.2.4.2太阳能热水系统年节省量ΔQsave

取Ac＝328㎡; JT = 5544.37MJ/㎡；ηcd＝0.55；ηc＝0.05。

代入公式ΔQsave=AcJT(1-ηc)ηcd

则ΔQsave＝950194MJ/a

4.2.4.3寿命期内太阳能热水系统的总节省费用

节省蒸汽：年节省费用：G=1.1x950194x103x0.186/2725.5=71330元

寿命期内节省费用：71330x[1+（1+0.1）+（1+0.1）2+（1+0.1）3………+（1+0.1）20]

-910840x0.01x20=3905041元

节省电费：年节省费用：950194x0.55x1000/(3600x0.95)=152809元

寿命期内节省费用：152809x[1+（1+0.1）+（1+0.1）2+（1+0.1）3………+（1+0.1）

20]-910840x0.01x20=857378.8元

节省天然气费：年节省费用：950194x2.4x1000/(34000x0.8)=83841元

寿命期内节省费用：153790 x[1+（1+0.1）+（1+0.1）2+（1+0.1）3………+（1+0.1）