1、第一章 太阳能系统设计方案一、设计依据建筑给排水设计规范GB50015-2003民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB50364-2005太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T18713-2002太阳能集热器热性能实验方法GB4271-84建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-2002隔热用聚氨酯泡沫塑料GB/T10800-89家用太阳能热水器储水箱NY/514-2002二、工程系统运行方案设计常见的几种设计方案1、家用太阳能热水器的串并联方案。在用户要求不是很高的情况下较为常见，适宜在用户条件比较简单的环境使用。安装数量太多则载荷过重，对于建筑物会有不利影响。设计中注意上下
2、水主管路的直径与串并联数量关系，避免补水量与用水量产生矛盾。2、自然循环设计方案。在小吨位用水量中也很普遍，不适于大吨位用水量方式。这种方式比较简单，有一定的要求，水箱与太阳能集热器的高度问题，水箱的支架要计算载荷问题和防风问题，符合钢结构设计规范，无论是采用什么方式的太阳能集热器，其串并联的数量要求合理，应符合太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范。3、定温放水设计方案。通过集热器与水箱之间的温差，控制进凉水方式将达到设定温度的热水顶入水箱，水箱的热水注满后通过温差循环继续增温，这也是很多太阳能公司目前使用的方案。这种方式在日照条件好时一般没有问题，在日照条件较差时，应注意在这种方案中及
3、时补水，使水箱内应具有一定的水量，防止电加热器干烧。当水箱的水温低于设定温度时，要求辅助能源设备及时启动，保证用户的正常使用。另外，在设计中根据用户的使用要求不同，分别设定采用每日定时加热方式与定温随时加热方式。在北方要有低温防冻保护功能。4、温差循环设计方案。通过控制器的设定，使水箱一次注满水，达到最高水位，采用太阳能集热器与水箱内的温差，控制循环泵工作，不断提升水箱中的水温，这是一种很实用的温差循环方案。设计中根据热水使用的用途不同而设定出水温度。每日定时上水，当达到最低水位时，随时自动补水，保证水箱中一定的水量。根据用户条件，辅助能源设备可以采用一种或二种以上的方案。设计中根据用户的需求
4、不同，可以设定是每日定时加热方式还是定温随时加热方式。在北方要求低温防冻保护功能。三、控制器功能及系统设计：1、水箱温度显示：可以随时观察水箱中的水温，这是用户使用中需要经常了解的太阳能系统工作的重要数据。2、集热器温度显示：可以随时观察集热器中的水温，这是系统调试时需要了解太阳能系统工作的重要因素之一。3、水位状态的显示：采用五级水位显示，水位状态一目了然。这也是用户使用中需要经常了解的重要数据。4、定时加热时间：设定每天的加热时间，控制器在设定时间根据水温判断是否需要自动启动加热功能。5、设定加热温度：设定的范围适用于不同用户的需求，洗浴温度一般在 3075范围为宜，其它用途根据需求设定，
5、最高可以设定 99。6、设定加热方式：采用定时加热或恒温加热。定时加热是在设定的时间，每日一次加热到设定温度；恒温加热是在水温低于设定温度一定值时随时上水并加热，达到设定温度时则停止加热。7、设定上水时间：设定每天的上水时间，控制器在设定时间使水位自动启动上水至最高水位止，采用电磁阀还是水泵可根据需要确定。8、低水位自动补水：当水位下降到最低水位时，控制器应该无条件自动补满水，保证水箱中有充足的用水。9、水箱温度控制：水箱中的出水温度根据用途来设定，洗浴温度、大棚采暖温度、物料烘干温度等各种不同需求，设定的温度各不相同。10、系统防冻问题：除了注意保温材料的厚度问题，可以采用管路排空法；也可以
6、采用全系统循环法或同时采用电伴热带保护法，当系统温度达到低温范围时，可以采用上述的各种方法进行系统防冻保护。11、远程监控：有一些用户需要在控制室以外的位置需要了解太阳能系统是否正常工作，当控制器工作出现故障会及时发现。12、使用热水的恒温循环：具有使用热水的循环功能，可以使热水循环管路始终保持与储热水箱温度接近或相同，用户在任意水龙头打开时即出热水，使用户的热水使用具有方便性。14、电气控制柜：控制柜内电路的总控制器及各分路控制器，注意使用功率匹配的熔断器、断路器、漏电保护器、继电器及交流接触器等，当发生供电设备短路或漏电现象，总控制器和各路分控制器及时切断电路，查明故障原因后方可恢复。温度
7、控制器与电气控制之间应正确安装，必须接好保护地。15、安装形式：根据环境条件，可采用多种角度安装方式，采用强制循环方式可以从 0度到 90 度任意安装运行。16、储能保温水箱：适宜采用 SMC 玻璃钢组装式保温水箱或不锈钢组合式水箱。这二种水箱的主要特点：干净卫生、永不生锈、符合卫生标准、重量轻、结构合理、现场组装场地要求较低。水箱设计寿命均在 30 年以上。水箱外部采用高性能材料保温及防护处理。17、防风处理：太阳能系统的角钢支架采用螺栓紧固或焊接方式连接在一起，集热器的支架采用角钢和屋面女儿墙连接或与其它可以固定的位置连接，应符合钢结构设计规范，可达到防风效果。18、防雷措施：太阳能集热系
8、统主体为金属结构，将钢结构与楼房原避雷系统连接，就可以有效地防止雷击。19、支架防锈：系统支架采用防锈漆及优质面漆双层保护方法，防止锈迹的生成，注意日常维护保养。20、水处理装置：根据水质情况为用户装备各种类型的水处理装置（如：硅丽晶、电子除垢器等），减少或防止太阳能系统运行过程中产生结垢现象。连接管道是太阳能的保温箱与集热器里的水对流循环的一个纽带,是太阳能整个组合工作的一个重要因素.我们来看下:太阳能本身是吸收太阳的热量,原理是利用冷热循环把太阳光的热量转换成一种能源,把冷水通过这种能源变成热水! 意思是说:因为冷水重,热水轻.当集热器里水的温度高于保温箱水的温度时,就会形成冷热对流循环,
9、整个太阳能就是靠这个原理来工作的.太阳热水器原理太阳热水器是利用太阳的能量将水从低温度加热到高温度的装置，是一种热能产品。太阳热水器是由全玻璃真空集热管、储水箱、支架及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠玻璃真空集热管。集热管受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。 太阳能热水器的原理以及制造材料太阳能就是真空管和不锈钢水箱,支架组成的,太阳能热水器便是太阳能成果应用中的一大产业，它为百姓提供环保、安全节能、卫生的新型热水器产品， 太阳能热水器就是吸收太阳能的辐射热能，加 热冷水提供给 人们在生活、生产中使用
10、的节能设备。 系统组成 集热器： 系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电 热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的 白昼。 保温水箱： 和电热水器的保温水箱一样，是储存热水的容器。 因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用 热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储 存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用同乐搪瓷内 胆承压保温水箱，保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿 命可长达 20 年以上。 连接管道： 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温 水箱输送到集热器的通道，使整套系统形成一个闭合的
11、环路。 设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最 佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道必须 有很高的质量，保证有 20 年以上的使用寿命。 环保作用 每平方米平板太阳能集热器平均每个正常日照日，可产生相当于 2.5 度电的热量，每年可节约标准煤 200 公斤 左右，可以减少 700 多公斤 CO2 的排放量。太阳能热水器的广泛运用，包括生活用热水，采暖，空调,在省钱 的同时必将极大地改善地球的污染状况。 A真空管式太阳能热水器工作原理：真空管吸热-微循环-保温水箱-测控制系统-用户。真空管式太阳能热水器，利用真空管集热，最大限度的实现光热转换，经微循环把热水传送到保温水
12、箱里，通过专用管路至用户。控制系统把自来水通过控制阀，控制仪等送至太阳能以达到自动化控制。辅助电加热安置在水箱里，已备阴、雨、雪天使用，节电 90%。并自动化运行。 性能特点及技术参数 集热元件-真空管技术参数规格: 1200mm47mm 1500 mm47mm。 目前集热效果的最好的是 AL-N/AL 真空溅射选择性镀膜，本产品采用1.2、1.5m 利用该涂层的玻璃真空管，其吸收率 0.93 红外发射率 0.6，平均热损 Uct0.9W/真空度 P5103pa 采用性能相当于美国的高硼硅3.3 特硬玻璃制造。保温材料性能特点及技术参数： 保温材料的好坏直接关系着热效率和晚间清晨的使用，在寒冷
13、的东北尤其重要。目前较好的保温方式是进口聚氨脂保温，若配料、工艺、环境、温度不适，也会造成发泡不均或泡孔过大、工质缓慢漏失保温性逐渐下降的后果，这就需要厂家有专门的发泡机械、标准化模具和较高的工艺技术水平。另外，我们不仅要了解产品用材工艺、还要看厂家的机械设备、模具等有机成本的高低、质量监测的水准。产品质量直接关系消费者的利益。 聚氨酯保温层厚度：70mm 闭孔率:65.69导热系数:19.83mw/m.k，并经过高温熟化处理。 水箱内胆与支架水箱内是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要，优质的选材应是进口 SUS304 板材，厚度在 0。6mm-0。8mm 之间不锈钢板，氩气保
14、护,高频自动焊接,提高钢板在各种水质或各种环境耐腐蚀性能，是比较先进的焊接工艺 ，支架材料全部采用不锈钢（SUS304），外观美观、强度高、整体采用螺栓连接，支架、整机刚性强,而且利于运输安装，抗腐能力强。B热管承压式太阳能热水器工作原理：真空管吸热-热管传导热-保温水箱-控制系统-用户。（价格较高） 热管承压式太阳能热水器，利用真空管集热，内置 型翅片，把高温环境中的热量传给热管、热管迅速将热量传入水箱，特别在多云，辐射强度低的情况下，启动传热快。经连续测试，热管式太阳能热水器，日平均热效率高达 56%。 传热元件-热管技术参数规格：81520 国内热管生产厂很多，我们对国内所有热管进行检测
15、，按 GB/T14812-1993、GB/14813-1993 对热管性能和热管寿命进行实验检测，大多有机热管在一、两年后，传热效率明显下降，最后选定无机分子热管（美国-MACBLE 公司专利技术），通过美国思坦福研究院（SRI）长期系统测试，证明其具有卓越的传热性能。传热不需工质相变，靠分子热运动、传热快、传热效率高。 承压能力高 热管式太阳能热水器水箱，采用 2MM 厚钢板，弧型封头，CO 2 自动焊接，承压能力 0.6MPa，密封工作压力高达 1.2Mpa。选用国际先进化学镀镍技术，表面喷涂达到国际先进水平。集热器可承受自来水的压力（试验压力最高可达1.2MPa）。尺寸符合 TB311-
16、74 规定， 抗冻、承载能力强 热管式太阳能热水器采用热管传热技术，集热管内无水，不会因高寒地区气温过低而冻破集热管，从而影响使用。而且因管中无水，若一支热管破损，不会影响整机工作，这样热水器使用范围更广。支架材料全部采用不锈钢（SUS304），外观美观、强度高、整体采用螺栓连接，支架、整机刚性强而且利于运输安装，抗腐能力强。太阳能热水器技术的发展我们国家追溯历史在 1958 年，天津大学有 12.6 平米的太阳能浴室。到 1973 年世界能源危机，寻求可再生能源，我国在上世纪 70 年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。1979 年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真
17、空物理的背景，坚持了下来。结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。清华大学的发明专利就是铝氮/铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有 10 到 30 个纳米，低发射层是到 150 纳米。想要达到科研的水平产量要减一半。关于太阳光热发电，这部分我省略，它是将低密度太阳能集中，聚光方法产生高温介质，推动传统发电设备产生电能。太阳能热利用产业的发展。在突破了太阳选择性吸收涂层的核
18、心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。2001 年到 2006 年太阳能热利用产业快速发展。2006 年销售额近 300 亿元，提供就业机会 60 多万个。中国太阳热水器 2005 年安装量为世界的 77%。真空管型约占世界总产量的 90%以上，硼硅玻璃 3.3 年产量约占世界 70%，吸气剂约占世界 95%以上，年约 1.9 亿支真空集热管用，年约 0.9 亿支显象管用。大量显象管都在中国生产，吸气剂也在中国生产。有三个方面我们已经走在前面。形成配套的产业链。3.3 的玻璃 30 万吨其中用于真空管有 28 万吨。真空管镀膜生产线 1000 条及配套设备，生产能力为 2 亿支，装
19、配约 2000 万平方米太阳能热水器，还有配套设备。一些骨干企业做了技术改造，提高了企业的装备水平和条件。太阳能热水器使用知识一、太阳能热水器在使用过程中应注意哪些问题？、注意上水时间。、根据天气情况，决定上水量，保证洗浴时适当的水温。、定期检查热水器的管道，排气孔等元件是否正常工作。、大气污染严重或风沙大、干燥地区定期冲洗真空管。、热水器安装后，非专业人员不要轻易挪动、装卸整机，以免损坏关键元件。二、如何判别太阳能热水器是否水满？一般太阳能热水器安有溢流管，可根据溢流管是否排水判断水满状态，另外可以配备水位控制仪，水满自动报警，根据报警判别。三、太阳能热水器上水应注意哪些问题？由于真空管在空
20、晒时，管内温度能达到左右，故在水箱内无水或第一次上水时必须在日出前或太阳落山半小时后进行。四、 太阳能热水器长时间不用水，会热坏吗？真空管太阳能热水器效率高，在夏季晴天的情况下，不到两天水温可达沸点，若长时间不用水，如出差、旅游时，使水箱内长时间处于高温、高压的状态下，会促进密封圈的老化，加速聚氨酯的老化、萎缩，有时排气不畅通，压力太大还会使水箱胀坏，还会结水垢，缩短水箱的寿命。因此，若你长期不在家，应安排别人经常放热水上冷水，或者在真空管集热器上放置遮盖物挡住阳光，待回家后，再除去。五、太阳能热水器好几天未用的热水还能洗澡吗？太阳能热水器好几天未用的水一般都是较热的水了，达到以上，尤其在夏天
21、晴朗天气超过天，水就会沸腾，到夜间会适当降温，使水温保持在区域时间很长，而这个温度区域是水中细菌繁殖的极佳温度，因此，如好几天或长期不用的热水，水质较差，细菌多，要排放掉，不要洗澡或用来烧开水等饮用，这样的水洗澡对皮肤不利，长期使用这种水洗澡会引发皮肤病。六、为什么太阳能热水器频繁使用好？太阳能热水器投入使用后，要经常使用，建议每天最好使用至次，间隔时间在小时以内，这是因为：长时间地用水，对楼层较低的用户来说，所用到的水实际上是管道中的低温水（太阳能热水器里面的水停留在管道中降温后形成）；尤其在北方冬季，外界气温低，有时达到以下，上下水管路内的水凉地很快，若是六层楼，一楼用户每次需放掉一脸盆冷
22、水，特别浪费，如果频繁使用就好一些；能有效防冻，让上下水管路始终有热源，加上保温层，可有效防冻。在北方冬季，不少人还采用室内稍微打开热水器阀门，往下滴水的办法来防冻。（以每天将 20 吨水从 10升高到 45所需能耗进行比较计算）一、总能量系统每天将 20 吨 10的水升温到 45，总共耗费的能量为 3106kJ 。计算如下：Q=CpmT4.182010 3（4510）310 6kJ式中：Q该热水系统运行需要的能量（kJ）Cp水的定压热容（C p=4.18KJ/kg）T水的温升（即热水温度与基础水温之差）m水的质量（kg）。二、 太阳能、燃油、燃气、电和燃煤等不同热水锅炉系统经济性对比1、各种
23、燃料的当量热值分别为：燃油：41310 kJ/kg；天然气：35530 kJ/Nm 3；电：3600 kJ/ Kwh；工业煤：20900 kJ/kg2、锅炉效率及能源费用如下表，表 1. 类别 燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 电锅炉效率 50 80 85 95能源费用 煤：0.70 元/ kg 柴油：5.0 元/ kg城市燃气：2.50 元/m 3 0.60 元/KWh表 1 中能源费用为当前全国均价，计算中应考虑能源费用的自然增长因素，以 10 年为一个周期，按每年 5增长率取平均值，取值如下：燃油：6.08 元/kg；天然气：3.04 元/Nm 3；电：0.73 元/ Kwh；工业煤：0.8
24、5 元/kg3、各能源费用计算如下（按 15 年）：a、 若上述热量完全由燃油锅炉提供每天耗油量为： 310 6kJ /（4131080）90.8kg每天耗油费用：90.8kg6.08 元/kg552.06（元）每年耗油费用 552.06365=201503.36（元）15 年耗油费为：201503.3615=3022550（元）b、若上述热量完全由燃气锅炉提供每天耗气量为：310 6kJ /（3553085）99.34（m 3）每天燃气费用：99.343.04 元/ Nm 3302（元）每年燃气费为：302365=110230（元）15 年燃气费为：11023015=1653450（元）c、
25、若上述热量完全由电能提供每天耗电量为：310 6kJ /（360095）877.19（Kwh）每天电费为：877.190.73 元640.35（元）每年电费为：640.35365=233727.75（元）15 年电费为：233727.7515=3505916（元）d、若上述热量完全由燃煤锅炉提供每天耗气量为：310 6kJ /（2090050）287.08（kg）每天燃煤费用：287.080.85 元/ kg244（元）每年耗煤费为：244365=89060（元）15 年耗煤费为：8906015=1335900（元）e、太阳能热水系统及辅助能源费用 太阳能系统设备投资：500000 元 其他辅
26、助能源费用，及与太阳能系统设备投资费用合计：按每年有 60 天阴雨天完全用其他能源辅助，用不同的辅助能源时，太阳热水系统每年耗能费用分别如下：如果用油作为辅助能源，则每年 60 天总耗油费用为：552.06 元6033123 元15 年总费用为 496845 元；与太阳能系统设备投资二项费用合计为：496845 元500000 元996845 元如果用气作为辅助能源，则每年 60 天总耗气费用为：302 元6018120 元15 年总费用为 271800 元；与力度太阳能系统设备投资二项费用合计为：271800 元500000 元771800 元如果用电作为辅助能源，则每年 60 天总耗电费用为：640.35 元6038421 元15 年总费用为 576315 元；与太阳能系统设备投资二项费用合计为：576315 元500000 元1076315 元如果用煤作为辅助能源，则每年 60 天总耗煤费用为：244 元6014640 元15 年总费用为 219600 元；与太阳能系统设备投资二项费用合计为：
