云南师范大学太阳能热水器课程设计

附录：封面格式
太阳能热利用技术课程设计
学院：能源与环境科学学院
专业：新能源科学与工程
班级：15新能源B班
学号：1543207000078
姓名：袁裔轩
2017 年 12 月
太阳能热利用技术课程设计
任务书
一、设计题目
户用太阳热水系统设计
二、设计原始资料
1. 气象资料
该建筑位于昆明市；
查得室外气象资料为：
经度：102°41′；纬度：25°01′；海拔：1892.4m ；
日平均太阳能辐射强度：11.884（MJ/m2）；室外平均温度：8.2°；
室外平均水温：7°。

2. 其他设计参数
太阳热水系统能提供3-5人日常生活热水，水温不低于50℃。

二、设计任务
在全国范围内选择一座城市，根据该城市的气象和地理条件，设计一套户用太阳能热水系统，热水用量能提供3-5人日常生活使用（沐浴用热水按60kg/人计算，其他热水用量按相关资料估算），不考虑辅助能源。

三、设计内容
主要设计内容包括：
1、集热器类型及规模（面积、管数）确定；
2、贮水箱容积的确定；
3、系统循环方式的确定（若为强制循环需确定水泵流量及扬程）；
4、太阳热水系统的合理布置（集热器安装倾角、方位角的确定）；
5、太阳热水系统支架设计；
6、各部件材料选择（材质、规格型号）；
四、设计要求
在指导教师指导下，由学生独立完成上述设计内容，并在课程设计完成时提供以下设计成果：
1、完成课程设计说明及计算书的编写；
2、设计图纸主要包括：
（1）太阳热水系统供热原理图（含屋面安装方位示意）；
（2）太阳热水器总体装配图；
（3）集热器结构详图；
（4）热水箱设计图；
（5）太阳热水器支架装配图；
（6）太阳热水器支架零件图；
（7）设备及主要材料表。

五、设计时间
共10天。

太阳能热利用技术课程设计
说明书
目录
第一章总论
1.1 设计任务及要求····················································
1.2 原始资料及设计依据···················································
1.2.1气象资料···················································
1.2.2其他设计参数···················································
第二章太阳热水系统的供热量计算··················································第三章太阳热水系统设计方案的比较、选择··········································3.1太阳集热器的选择···················································
3.2循环方式的选择···················································
3.3安装方式的选择···················································
第四章太阳热水系统的设计···················································
4.1集热器···················································
4.1.1真空管参数、管数、安装方式的确定···········································4.1.2倾角、方位的确定···················································
4.2系统水箱···················································
4.2.1储热水箱容积、参数、材质的确定··········································4.2.2补水箱···················································
4.3安装与固定···················································
4.4管路安装···················································
第五章太阳热水系统的安装···················································
5.1太阳能热水系统施工工艺流程图············································
5.2设备及主要材料表···················································
第六章参考文献及成果装订···················································
第一章总论
1.1设计任务及要求
在全国范围内选择一座城市，根据该城市的气象和地理条件，设计一套户用太阳能热水系统，热水用量能提供4个人的日常生活使用（沐浴用热水按60kg/人进行计算，其他热水用量按相关资料估算），不考虑辅助热源。

1.2原始资料及设计依据
1.2.1气象资料
该建筑位于昆明市；
查得室外气象资料为：
经度：102°41′；纬度：25°01′；海拔：1892.4m ；
日平均太阳能辐射强度：11.884（MJ/m2）；室外平均温度：8.2°；
室外平均水温：7°。

1.2.2其他设计参数
该太阳热水系统能提供4个人的日常生活热水，水温不低于50℃（每人每天用水量为60kg）。

第二章太阳热水系统的供热量计算
直接式太阳能热水系统集热器总面积可根据用户的每日平均用水量和用水温度确定，按下式进行计算：
A c=Q w C p(t end−t i)ƒJ Tηcd(1−ηL)
式中
A c------直接系统集热器总面积,m2；
Qw------日平均用水量,kg,通常与生活水平、生活习惯和气候条件等因素紧密相关，可根据当地情况取规范规定的最高日用水定额的某一百分数作为太阳集热系统的计算依据；
C p------水的定压比热容，kJ/(kg·℃)；
t end------贮水箱内水的设计温度,℃;
t i------水的初始温度,℃;
J T------当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量,MJ/m2;
ƒ------太阳能保证率, % ; 根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，宜为30% - 50% ;
ηcd------集热器的年平均集热效率; 根据经验取值宜为0.25-0.50，具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定;
ηL------贮水箱和管路的热损失率; 根据经验取值宜为0.20-0.30;
表1 太阳能保证率表
根据气象资料可以得到以下数据：
Q w=4×60kg=240kg.
t end=50℃.
t i=7℃.
C p=4.18KJ/(kg·℃).
J T=11884KJ/m2.
ƒ根据表一，昆明在Ⅰ、Ⅱ类地区之间，为了保证使用效果，取50%；ηcd依据经验值，为了能够达到较好的使用效果，取0.4；
ηL依据经验值，为了能够达到较好的使用效果，取0.3；
所以系统所需的集热面积为：
A c=Q w C p(t end−t i)ƒ
J Tηcd(1−ηL)
=
240×4.18×50−7×50%
11884×0.4×（1−0.3）
=6.48m2
采用外径为58mm,长度为2.1m的真空管。

第三章太阳热水系统设计方案的比较、选择
3.1太阳集热器的选择
该系统选用全玻璃真空管集热器。

全玻璃真空管由玻璃管、太阳能吸收膜、真空夹层、外玻璃管、支撑卡子、吸气剂组成。

当太阳光透过外管，照射到内管外壁时，镀有选择性涂层的内管外壁将太阳能转变成热能，并传给内管中的工质。

由于内、外管之间被抽成了真空，再加上选择性涂层对太阳光的高吸收率、低红外发射率，从而最大限度的减小了散热损失。

由于该系统安装在昆明市，考虑天气对集热器的影响，所以采用了高强度的真空集热器。

为什么选择全玻璃真空管集热器？
普通平板集热器的热损系数为6W/(m2·℃)-8W/(m2·℃)，采用选择性涂层的平板集热器，其热损系数只能降到4W/(m2·℃)-5W/(m2·℃)，而全玻璃真空管的热损系数都在0.9W/(m2·℃)以下，远小于平板集热器。

因此全玻璃真空管的空晒温度可以达到200℃以上，能轻松的将冷水烧开。

全玻璃真空管在中、高温区域具有较高的集热效率，同时在-18℃的温度下，仍能正常产生热水。

3.2循环方式的选择
本系统采用自然循环的循环方式，一般在小于30m2的集热面积、用水量在3t以下是单一系统，水压能满足系统高度差要求，在支撑的建筑物承重载荷允许的情况下，均应采用自然循环的系统运行方式。

该系统仅为单一户用热水系统，由第二章计算得出集热面积为6.48m2，用水量为240kg,整个系统重量约为500kg,水压一般能满足系统高度差要求。

并且从经济角度分析，自然循环系统除工程设计、安装较为复杂外，它具有使用方便，没有辅助控制和不需要人管理的特点。

所以综合考虑，选择自然循环最佳。

3.3安装方式的选择
本系统安装方式采用平屋面安装，各部件之间用螺栓衔接，考虑到用水时段多在傍晚，所以系统朝向南偏西10度。

紧凑式太阳能热水器宜选择在建筑物的屋面安装，安装时集热管朝向南偏西10度。

若有遮挡物，则热水器与遮挡物之间应留出一定距离，经计算昆明市集热器最低点到遮挡物的垂直距离一般是1.1-1.3h(遮挡物的高度)。

在平屋面安装热水器时，操作简单，只需要将热水器固定在安装基础上，管路及电线管由管道井接入室内即可。

而集热器一般安装在建筑物顶部，考虑安全问题，如果采用焊接，地点太高会不安全，各种电焊工具不容易操作，所以各部件采用螺栓衔接，简单方便，而且安全性高，坏了容易维修。

第四章太阳热水系统的设计
4.1集热器
4.1.1真空管参数、管数、安装方式的确定4.1.2倾角、方位的确定
4.2系统水箱·
4.2.1储热水箱容积、参数、材质的确定4.2.2补水箱
4.3安装与固定
4.4管路安装
第五章太阳热水系统的安装
5.1太阳能热水系统施工工艺流程图
5.2设备及主要材料表
第六章参考文献及成果装订。