太阳能热利用系统 课程设计

淮海工学院

课程设计报告书

题目：《太阳能热利用系统》课程设计

项目12 学院：理学院

专业：光信息科学与技术

班级：光能101

姓名： X X 学号：

2013年12 月16 日

目录

一、设计资料提供与使用要求 (3)

二、依据标准 (3)

三、我市太阳能资源情况 (3)

四、太阳能系统设计方案 (4)

4.1、系统日耗热量、热水量计算 (4)

4.2、设计小时耗热量、热水量计算 (4)

4.3、太阳能热水系统集热面积的确定 (5)

4.4、太阳能集热器的安装方位和倾角 (5)

4.5、管材和附件 (6)

4.5.1、管材 (6)

4.5.2、附件 (6)

4.5.3 水泵选型 (7)

4.6、保温层厚度计算 (7)

4.7、集热器的连接 (8)

4.8、水箱的设计 (8)

4.9、辅助热源设计 (8)

五、系统运行控制及运行原理 (10)

5.1、运行控制 (10)

5.2、运行原理说明 (10)

5.3、工程保温水箱 (10)

5.4、太阳能热水工程智能控制系统 (11)

六、固件清单 (12)

设计说明

一、设计资料提供与使用要求：

根据图纸的要求，尽量在不影响楼房外观的情况下，合理设计太阳能安装数量，要与整体工程验收标准相匹配，采用楼面太阳能集中集热，分户储能，春、夏、秋、冬晴天以太阳能制热为主，以分户电辅助加热为辅，太阳能外观颜色要与建筑外观颜色保持一致。

二、依据标准

系统严格安照以下国家标准进行设计

1、GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》

2、GB47272-92《设备及管道保温技术通则》

3、GB/T20095-2006《太阳能热水系统性能评价规范》

4、GB/T4271-2007 《太阳能集热器性能实验方法》

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

6、0017-2003《钢结构设计规范》

7、B5009-2001《建筑结构载荷规范》

8、B50207-2002《屋面工程质量验收规范》

9、50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》

10、50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》

11、50303-2002《建筑电气安装工程施工质量验收规范》

12、50300《建筑工程施工质量验收统一标准》

三、我市太阳能资源情况

太阳能资源情况:江苏省连云港市处于暖温带南部，属于太阳能资源较丰富区，年日照时数在2500小时左右；水平面上太阳能辐照量为4200—5400MJ/㎡.a，年平均温度14.3℃。1月平均温度-0.4℃，极端低温-19.5℃：7月平均温度26.5℃，极端高温39.9℃。历年平均降水量920多毫米，常年无霜期为220天，主导风向为东南风。气象资料显示：连云港四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，每年大约紧有20-30天处于阳光不足状况状态。

四、太阳能系统设计方案

本项目设计对象为居民住宅，实际用户27户，每户平均3.5个人，日均用水量为5670L,需求水温60℃，鉴于极端天气情况，热水供应设计为日均5700L ，故预采用集中集热分户计量系统。本系统包括水箱、集热模块、支架、水泵、自动化控制系统、辅助能源及相关配件等。

4.1 热水供应系统的日耗热量、热水量计算

全日供热水的建筑物其集中热水供应系统的日耗热量、热水量可分别按下列公式计算：

。

式中，d Q —— 日耗热量

r q —— 热水用水定额，60L/单位

c ——水的比热容

ρ——热水密度，60℃密度0.982kg/L 。

tr-tl ——温升，设计温升45℃。

m —用水设计单位，取94.5。

计算得：d Q =8.62kw ，但是一般计算时采用的是计算设计小时耗热量，所以一般计算用到下面公式。

4.2 设计小时耗热量计算

()/86400

h h r r l Q K q c t t m ρ=-

式中，r q —热水用水定额，60L/单位。

Kh —小时变化系数，查表得Kh=5.12。

tr-tl —温升，设计温升45℃。

m —用水设计单位，取94.5。

ρ—热水密度，60℃密度0.982kg/L 。

计算得：Qh=44.06kw 。

所以选用45kw 的电辅加热。

86400

/)(m t t cp q Q L r r d -=

4.3 太阳能热水系统集热面积的确定

根据

)

1()(01w L cd W C J f T T C Q A ηη--= 式中，Ac —集热器采光面积，㎡

Qw —日均产热水量5700KG

Cw —水的定压比热容 4.18KJ/(KG.℃)

T1 — 要求水温 60℃

T0 —初始水温15℃

f —太阳能保证率 0.45

J —平均日辐照量17540KJ/(m2·d)

ηcd —集热器全日集热效率 0.48

ηL —热损失率0.2

设定连云港年平均地表水温为：15℃，温升45℃；年平均日辐照量：17540KJ/(m2·d)，管道及储水箱热损失率ηL 为0.2，太阳能保证率f 为0.45。

经计算可得出AC ＝71.685㎡

本工程采用47*1500型全玻璃真空管。单根集热面积为 3.14*（0.047-0.01）*（1500-40）/2=0.0848㎡,所需真空管数目为71.685/0.0848=845，其中每组有50根全玻璃真空管，故需16.9组，鉴于工程需要，本项目预17组模块

4.4、太阳能集热器的安装方位和倾角

在确定太阳能集热器安装位置是、时，应考虑集热器安装倾角和方位对太阳能辐射能量收集的影响，可遵循以下原则：

1、太阳能系统集热器一般安装在屋顶、阳台或朝南方向外墙等建筑围护结构上。

2、热水系统安装倾角宜选在当地纬度+10°的范围内。

3、在建筑围护结构表面不够安装时，可按维护结构表面最大容许安装面积确定系统集热器总面积。

4、太阳能集热器设置在坡屋面上，集热器可设置在南向、南偏西、南偏东或朝东、朝西建筑屋面上，坡屋面上的集热器宜采用 顺坡嵌入设置或顺坡架空