（1）建筑說明 本工程位于杭州市閑林鎮(zhèn)，杭州的地理位置為：緯度30?14’，經(jīng)度120?10’，高度41.7m，該住宅小區(qū)為由4棟11層板式小高層德式風(fēng)格住宅組成。 ?。?FONT face="Times New Roman">2）用戶要求 根據(jù)用戶提供的建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)太陽能熱水系統(tǒng)，方案為：（1）太陽能熱水系統(tǒng)基本形式按集中—分散式太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（2）獨(dú)立的分戶式太陽能熱水系統(tǒng)；（3）用戶認(rèn)為適合本小區(qū)的其他方案。 根據(jù)用戶提供的建筑圖紙，我方認(rèn)為該小區(qū)適合采用方案（1），但考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性及與建筑結(jié)合美觀程度等因素，本次設(shè)計(jì)根據(jù)方案（1）進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)一步完善系統(tǒng)方案。其中集中集熱模塊采用平板集熱器，集熱系統(tǒng)采用承壓系統(tǒng)，內(nèi)充介質(zhì)防凍液，防結(jié)垢，防凍、耐腐蝕。提高系統(tǒng)使用壽命。 ?。?FONT face="Times New Roman">3）生活熱水供應(yīng) 太陽能集熱系統(tǒng)放置在屋頂，太陽能為間接式供水系統(tǒng)。每戶一個(gè)儲(chǔ)熱水箱放置在戶內(nèi)，太陽能通過每戶住宅儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的換熱器為用戶制備熱水，本系統(tǒng)全天24小時(shí)供應(yīng)熱水；電加熱作為輔助能源。太陽能集熱器統(tǒng)一安裝在屋面上。 4、系統(tǒng)熱水負(fù)荷計(jì)算 （1）用水人數(shù) 選4#樓1單元為設(shè)計(jì)內(nèi)容。 1單元總住戶為20戶，每戶以150L設(shè)計(jì)。 ?。?FONT face="Times New Roman">2）系統(tǒng)日耗熱量、熱水量計(jì)算 2.1系統(tǒng)日耗熱量 取m=20戶；qr=150L/戶；c=4187J（kg·℃）；pr=1kg/L；tr=55℃；tL=10℃。 代入公式Qd=mqrc（tr-tL）pr/86400 則Qd=6542W 2.2系統(tǒng)日用熱水量 取qr=150L/戶；m=20戶。 代入公式qrd=qrm 則qrd=3000L/d ?。?FONT face="Times New Roman">3）設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量計(jì)算Qh 取m=20戶；qr=150L/戶；c=4187J（kg·℃）；pr=1kg/L；tr=55℃；tL=10℃；Kh=5.12。 代入公式Qh=Khmqrc（tr-tL）pr/86400 則Qh=33495W 5、熱水循環(huán)流量、設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算 ?。?FONT face="Times New Roman">1）全日供應(yīng)熱水系統(tǒng)的熱水循環(huán)流量 取Qs=5%Qh；Δt=5℃ 代入公式：qx=Qs/1.163Δt 則qx=288L/h ?。?FONT face="Times New Roman">2）供熱水管的設(shè)計(jì)秒流量q（L/s），計(jì)算最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率 取qr=50L/（人·d）；ms=3；kh=5.12；Ng=2；T=24小時(shí)。 代入公式Uo=qrmskh/(0.2NgT×3600)(%) 則Uo=1.48% 查《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）的系統(tǒng)熱水供水管的設(shè)計(jì)秒流量為q=0.85L/s 6、太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?。?FONT face="Times New Roman">1）太陽能集熱器的定位 太陽集熱器與建筑方向同方位，朝向?yàn)檎戏较?。建筑為坡屋頂，太陽集熱器傾角與該建筑屋面坡度一致。 ?。?FONT face="Times New Roman">2）太陽能集熱面積確定 本系統(tǒng)為間接系統(tǒng)，間接系統(tǒng)集熱器面積的計(jì)算和選擇應(yīng)首先計(jì)算直接系統(tǒng)集熱器面積。 2.1直接系統(tǒng)集熱器面積計(jì)算 a、太陽能保證率f的確定杭州屬于資源一般地區(qū)，系統(tǒng)全年運(yùn)行，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)值和計(jì)算機(jī)模擬法，取太陽能保證率為50%。 b、確定管路及儲(chǔ)熱水箱的熱損太陽集熱系統(tǒng)的集熱器管路、換熱器及等部件均在室外，戶用儲(chǔ)熱水箱放置在室內(nèi)，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取0.2. c、集熱器年平均集熱效率的確定根據(jù)歸一化溫差并查廠家集熱器效率曲線，取=55%。 綜上，取QW=3000L/d；c=4.187KJ/(Kg·℃)；pr=1kg/L；tend=55℃；tL=10℃；f=0.5；JT=14969KJ/㎡；=0.2；=0.55. 代入公式=QWc（tend-tL）f/JT(1-) 則=42.91㎡ 2.2間接系統(tǒng)集熱器面積計(jì)算 根據(jù)公式計(jì)算：AIN=AC·[1+(FRUL·AC/Uhx·Ahx)] 其中：AIN—間接系統(tǒng)集熱總面積，㎡； AC—直接系統(tǒng)集熱總面積，㎡； FRUL—集熱器總熱損系數(shù)，W/(㎡·℃),平板型集熱器取4-6，真空管集熱器取1-2，具體數(shù)值要根據(jù)集熱器產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)試結(jié)果而定； Uhx—換熱器換熱系數(shù)，W/(㎡·℃)； Ahx—間接系統(tǒng)換熱面積，㎡。，單個(gè)水箱內(nèi)盤管換熱面積為1㎡，總換熱面積Ahx=20㎡ 取FRUL=6W/(㎡·℃)；Uhx=600W/(㎡·℃) 代入得AIN=45.65㎡ 由于該小高層屋面為坡屋面，為了與建筑一體化及保證使用效果，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)選擇24塊平板型集熱器,該類型集熱器每塊集熱面積為2平米，集熱面積共為48平米。 7、關(guān)鍵設(shè)備選型 （1）太陽能集熱器 目前國(guó)內(nèi)使用的太陽能集熱器主要有平板集熱器、真空管集熱器、熱管集熱器。 平板集熱器： 優(yōu)點(diǎn)：容易與建筑結(jié)合，承受壓力能力高，維修率低。 缺點(diǎn)：不防凍，適合在南方地區(qū)使用。若在北方地區(qū)應(yīng)在春、夏、秋三季使用,若全年使用應(yīng)解決好防凍問題； 真空管集熱器： 優(yōu)點(diǎn)：在中國(guó)占有90﹪市場(chǎng)，在零下25℃條件下，仍可產(chǎn)生熱水，可一年四季使用。是目前全國(guó)各地普遍使用的產(chǎn)品。 缺點(diǎn)：一根真空管破裂，影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。承受壓力能力差。 熱管集熱器： 優(yōu)點(diǎn)：可在零下50℃條件下使用，抗凍性能好，適合在北方高寒地區(qū)使用。一根真空管破裂，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。承受壓力能力高。 缺點(diǎn)：其冷凝端（加熱端）表面積僅是真空管的百分之一，易結(jié)水垢，換熱效果較真空管差。 平板集熱器、真空管集熱器、熱管集熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，由于該小高層屋面為坡屋面，為了實(shí)現(xiàn)與建筑一體化，該小高層住宅小區(qū)設(shè)計(jì)采用平板集熱器。 ?。?FONT face="Times New Roman">2）貯熱水箱 每戶的水箱容積為150L，美國(guó)史密斯承壓水箱。 （3）集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵 按每平方米集熱器的流量為0.015kg/（㎡·s）計(jì)算，集熱系統(tǒng)的流量為2700L/h,此流量即為集熱系統(tǒng)的流量。考慮到沿程損失、局部損失，計(jì)算得：H=0.15MPa。采用德國(guó)威樂水泵，該泵噪音小，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)。 8、輔助熱源 輔助熱源為電加熱，放置于戶用水箱中。 9、輔助熱源功率計(jì)算 輔助加熱功率的選取應(yīng)按陰雨天沒有太陽能時(shí)，完全靠輔助加熱來保證供熱設(shè)計(jì)。（杭州地區(qū)：每年日照時(shí)數(shù)大于6小時(shí)的天數(shù)約為220-250天，此期間不使用輔助加熱）輔助加熱功率應(yīng)按陰雨天完全靠電加熱加熱時(shí)計(jì)算。 計(jì)算參數(shù)：最長(zhǎng)加熱時(shí)間：4小時(shí) 冷水水溫：15℃ 蒸汽水溫：55℃ 加熱水量：150kg 由以上參數(shù)計(jì)算輔助加熱功率為： P=CMΔT/η·H·860=2.0KW 式中：C：水的比熱1千卡/kg·℃ M：加熱水量kg ΔT:加熱溫差℃ η：電加熱管熱效率，無量綱；(取0.95) 10、管道 系統(tǒng)管道采用采用DN25/DN15熱鍍鋅管道。 11、管道保溫計(jì)算 保溫層厚度的計(jì)算按下式： d=3.14dw1.2l1.35t1.75/q1.5 式中：d——保溫層厚度，mm； dw——管道或圓柱設(shè)備的外徑，mm； l——保溫層的熱導(dǎo)率，KJ(h·m·℃) t——未保溫的管道或圓柱設(shè)備外表面溫度，℃； q——保溫后的允許熱損值，KJ(h·m) 經(jīng)過計(jì)算d=20mm，為保證保溫效果管道，保溫采用30mm厚橡塑棉保溫。 12、膨脹罐容量計(jì)算選擇 膨脹水箱總?cè)莘e按下式計(jì)算： 式中：V——膨脹水箱總?cè)莘e，L； p1——加熱前水加熱儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水的密度，kg/L； p2——加熱后熱水的密度，kg/L； P1——膨脹水箱處的管內(nèi)水壓力，MPa，絕對(duì)壓力，P1=管內(nèi)工作壓力+0.1MPa； P2——膨脹水箱處的管內(nèi)最大允許壓力，MPa，絕對(duì)壓力，其數(shù)值可取1.05P1； Vc——系統(tǒng)內(nèi)熱水總?cè)莘e，L，當(dāng)管道系統(tǒng)不大時(shí)，Vc可按儲(chǔ)熱水箱容積計(jì)算。 經(jīng)過計(jì)算V=4.56L，此系統(tǒng)取值為5L。 五、結(jié)語 該系統(tǒng)經(jīng)過一年多時(shí)間的運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，獲得了該房地產(chǎn)開發(fā)商及用戶的肯定，集中集熱分戶儲(chǔ)水太陽能熱水系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅應(yīng)用中的發(fā)展方向。在此拋磚引玉，與大家共同探討適合小高層住宅的太陽能熱水系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn)： 1、李寶山.太陽能熱水器與建筑結(jié)合所面臨的幾個(gè)問題.可再生能源,2003,6 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