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　　浩通熱水器資料庫前面給大家介紹了太陽能熱水工程開式系統(tǒng)（非承壓系統(tǒng)）——單水箱系統(tǒng)（學(xué)校用水）和太陽能熱水工程開式系統(tǒng)（非承壓系統(tǒng)）——24h雙水箱系統(tǒng)（賓館用水）設(shè)計(jì)方案，今天，熱水器資料庫繼續(xù)為大家分析太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）設(shè)計(jì)方案，望感興趣的朋友一起來關(guān)注下。

　　太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))

　　一、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

　　1、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）工程概況

　　XXX生活熱水主要用于淋浴和面盆，分布在地下一層至地上三層。原設(shè)計(jì)用水量為15噸/天，現(xiàn)有系統(tǒng)熱水管道供水管徑DN80，回水管徑DN50，本系統(tǒng)要求24小時(shí)供熱水，其中用水高峰時(shí)間為11:30～14:00，15:30～16:30。熱水水溫要求不低于45℃。太陽能熱水工程的設(shè)備安裝位置要求：集熱器安裝在紀(jì)念堂屋頂上檐，離地下一層高度約40米，安裝后不影響紀(jì)念堂整體外觀。換熱器、水箱、輔助電加熱設(shè)備、控制柜等相關(guān)輔助設(shè)備安裝在紀(jì)念堂地下一層。最不利的用水點(diǎn)高度為35米。

　　輔助能源：輔助能源采用電鍋爐。

　　2、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）設(shè)計(jì)指標(biāo)：

　　此方案中，我們選擇春分所在月傾斜面上的日均輻照量(19.308MJ/m2)為標(biāo)準(zhǔn)。安裝總集熱面積為178.4㎡的太陽能集熱系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)條件(基礎(chǔ)水溫15℃，集熱效率為0.60，水箱及管道損失為0.10)下,系統(tǒng)在沒有外物遮擋的情況下可以將15000㎏溫升30℃。

　　3、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）當(dāng)?shù)貧庀筚Y料

　　基礎(chǔ)水溫：15℃

　　太陽輻照資料

　　根據(jù)國家氣象中心提供的《中國氣象輻射資料年冊(cè)》(2001年)中，北京(區(qū)站號(hào)：54511;東經(jīng)：116o28´;北緯：39o48´;觀測點(diǎn)海拔高度：31.3m)的月日均及年總輻射數(shù)據(jù)(單位MJ/m2)：

　　二、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）運(yùn)行原理及說明

　　我們根據(jù)用戶要求，結(jié)合貴方的實(shí)際用水情況，確定采用U型管集熱器、遠(yuǎn)程控制柜(包括傳感器)、保溫水箱等主要設(shè)備，來完成貴方需求的各項(xiàng)功能。

　　1、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）系統(tǒng)原理圖：

　　2、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）運(yùn)行原理

　　(1)、說明：循環(huán)泵P，備用泵Pb，溫度T,水位L，電磁閥DCF,鍋爐B。

　　每個(gè)電磁閥前安裝過濾器，并安裝旁路。

　　(2)、控制要求：

　　集熱器溫度探頭T1;三個(gè)儲(chǔ)水箱溫度探頭T2-1,T2-2,T2-3

　　a.溫差循環(huán)：三個(gè)水箱依次循環(huán)。

　　儲(chǔ)水箱A與集熱器的溫差循環(huán)為先，當(dāng)集熱器的溫度T1-1與儲(chǔ)水箱A的溫度T2-1之差大于5度，即(T1-1-T2-1≥5℃)循環(huán)泵P1啟動(dòng)，當(dāng)兩者溫度之差小于2度(T1-1-T2-1≤2℃)，循環(huán)泵停止循環(huán);當(dāng)儲(chǔ)水箱A內(nèi)的溫度到達(dá)50℃時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到儲(chǔ)水箱B水箱的集熱循環(huán)，依次循環(huán)。

　　供水：采用變頻供水，先以儲(chǔ)水箱A為供水水箱，當(dāng)儲(chǔ)水箱A內(nèi)的水水位L-1低于一個(gè)水位時(shí)，電磁閥DCF2-1自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)自動(dòng)切換到儲(chǔ)水箱B，電磁閥DCF2-2打開。

　　b.輔助能源(電鍋爐B)：當(dāng)水箱A內(nèi)的水位低于2個(gè)水位時(shí)，電鍋爐B自動(dòng)切換到水箱B，監(jiān)測水箱B的溫度，若溫度低于30度，電鍋爐啟動(dòng)，將水加熱至30度停止，半小時(shí)后系統(tǒng)監(jiān)測水箱B溫度，若水溫度低于40度，電鍋爐啟動(dòng)，將水箱B內(nèi)的水加熱至40度，停止加熱，再過半小時(shí)后系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測水箱B內(nèi)的溫度，將水箱B內(nèi)的溫度加熱至50度停止加熱。當(dāng)水箱B內(nèi)的水位到達(dá)2個(gè)水位時(shí)，鍋爐自動(dòng)切換到下一個(gè)水箱，進(jìn)行系統(tǒng)檢測加熱，依次類推。

　　c.防凍循環(huán)：當(dāng)樓頂管道溫度T1-2低于5度時(shí)，進(jìn)行防凍循環(huán)，循環(huán)泵P1啟動(dòng)。循環(huán)到10度停止。

　　e.過熱保護(hù)：當(dāng)集熱器的溫度高于95度時(shí)，散熱器開始工作將管道溫度降至80度。

　　溫差循環(huán)泵P與Pb一備一用，兩臺(tái)循環(huán)泵交替使用，避免水泵工作時(shí)間過長，壽命降低。

　　f.軍團(tuán)菌為需氧革蘭陰性桿菌，是一種人類單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞內(nèi)寄生菌，軍團(tuán)菌喜水、存活時(shí)間長，生存的溫度為0～60℃，在60℃迅速死亡，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將每周對(duì)水進(jìn)行高溫加熱至60℃，防止軍團(tuán)菌的滋生。

　　三、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)（承壓系統(tǒng)）重要項(xiàng)校核計(jì)算及說明

　　1、直接系統(tǒng)

　　集熱器集熱面積

　　2、間接系統(tǒng)的集熱器集熱面積

　　間接式系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)之間通過換熱器換熱，由于換熱器內(nèi)外存在傳熱溫差，使得在獲得相同溫度熱水的情況下，間接系統(tǒng)比直接系統(tǒng)的集熱器運(yùn)行溫度高，集熱器效率低，所需的集熱器總面積比直接系統(tǒng)大，需要在直接式系統(tǒng)計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行面積補(bǔ)償。

　　間接系統(tǒng)的集熱器總面積可按式3-25計(jì)算

　　3、換熱器選擇計(jì)算

　　選型的主要任務(wù)是計(jì)算板式換熱器有效換熱面積，計(jì)算如下：

　　熱流量

　　對(duì)數(shù)平均溫差

　　當(dāng)板間流速為0.3～0.5m/s時(shí)，可按(水(汽)——水：K=3000～5000;水(汽)——油：K=400～1000;油——油：K=175～400)估計(jì)。

　　板間流速

　　流經(jīng)板式換熱器產(chǎn)生的壓力降，對(duì)于水來說當(dāng)板間流速不大于0.4m/s時(shí)，。具體不同廠家的產(chǎn)品阻力略有不同，具體選型時(shí)可乘以1.2的系數(shù)，也可跟廠家直接聯(lián)系溝通數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

　　換熱器選擇注意點(diǎn)：

　　換熱器選擇時(shí)要根據(jù)換熱量，一次側(cè)進(jìn)出水溫度，二次側(cè)進(jìn)出水溫度進(jìn)行換熱面積的計(jì)算，選擇時(shí)要加上一定的余量，一般都是乘以1.2的系數(shù)。

　　換熱器選擇時(shí)一定要跟連接的管路管徑相匹配，一般應(yīng)使管路的管徑小于換熱器管束的直徑。

　　換熱器選擇時(shí)要明確換熱器的阻力特性，以便在以后的動(dòng)力設(shè)備選型時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算管路阻力損失。一般都要乘以1.2的系數(shù)。

　　換熱器的流速不宜過大，以使換熱充分。

　　換熱器串聯(lián)時(shí)，接口尺寸要一致，或者皆比所連接的管子的直徑大才合適。

　　4、膨脹罐

　　間接式太陽能熱水系統(tǒng)的太陽能集熱系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置膨脹罐以吸收由于溫度變化所引起的膨脹量變化，膨脹罐前應(yīng)設(shè)置一定容積的冷水容器以防止膨脹的介質(zhì)直接進(jìn)入膨脹罐對(duì)隔膜或膠囊造成破壞，膨脹罐的容積應(yīng)在常規(guī)計(jì)算的基礎(chǔ)上擴(kuò)大至少10%以考慮熱媒可能沸騰所需要的容積。在水加熱器和止回閥之間的冷水進(jìn)水管上以及熱水回水管的分支管上均應(yīng)設(shè)置膨脹罐。

　　膨脹罐的形式有隔膜式壓力膨脹水罐和膠囊式壓力膨脹水罐。

　　在實(shí)際工程中，我們經(jīng)常使用的是隔膜式膨脹罐。

　　隔膜式膨脹罐較之普通型膨脹罐的優(yōu)點(diǎn)有：

　　①隔膜將空氣與水隔離開，空氣不會(huì)被水重新吸收，所以隔膜式膨脹罐不需要定期排水以免水澇發(fā)生。

　　②由于沒有水澇發(fā)生，就不會(huì)由于安全閥泄水而補(bǔ)充新鮮水，而由此帶來的系統(tǒng)腐蝕問題則會(huì)避免。

　　③隔膜式膨脹罐的空氣壓力可以根據(jù)系統(tǒng)注水后的靜壓調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)加熱前幾乎沒有水進(jìn)入膨脹罐，因此膨脹罐的體積及重量更小。

　　④預(yù)壓空氣為密封狀態(tài)，因此膨脹罐(理論上)可以安裝在系統(tǒng)任何位置。

　　⑤普通型膨脹罐要求的鍋爐接頭不再需要。

　　正確選擇的隔膜式膨脹罐應(yīng)該在系統(tǒng)水加熱到最高溫度時(shí),其壓力低于安全閥設(shè)定壓力0.3巴左右。低于設(shè)定壓力0.3巴的富余量能防止安全閥泄水。同時(shí)也方便將安全閥安裝在膨脹罐接口的下端。

　　隔膜式膨脹罐選型的第一步是計(jì)算空氣預(yù)壓值，通過公式計(jì)算：

　　Pa=Ps+0.3

　　式中：

　　Pa=空氣預(yù)充壓力(bar)

　　Ps=系統(tǒng)靜壓(bar)，指膨脹罐的接口到系統(tǒng)最高點(diǎn)的這段距離的水柱壓力，比如此距離為10.2米，系統(tǒng)靜壓則為1bar。

　　正確的空氣預(yù)充壓力是膨脹罐入口處的靜壓，加上系統(tǒng)頂部0.3巴的額外量。在系統(tǒng)注水前，需要將膨脹罐的空氣預(yù)充壓力調(diào)節(jié)到計(jì)算出來的空氣預(yù)壓值。膨脹罐殼體上的充氣閥可以實(shí)現(xiàn)加氣或放氣：加氣可以通過一個(gè)小的空氣壓縮機(jī)或自行車氣筒實(shí)現(xiàn)，在加氣時(shí)需要使用一個(gè)精度為0.1巴的氣壓表檢測。

　　正確的空氣預(yù)充壓力保證膨脹罐隔膜在系統(tǒng)注水后未加熱時(shí)完全膨脹到殼體。如果空氣預(yù)充壓力低于計(jì)算值，系統(tǒng)在未加熱時(shí)就有一部分系統(tǒng)水進(jìn)入到膨脹罐里面，因此當(dāng)系統(tǒng)加熱時(shí)膨脹罐的容積不夠。空氣預(yù)充壓力不夠就等同于膨脹罐容積偏小，會(huì)造成每次系統(tǒng)加熱時(shí)安全閥泄水，這種情況必須予以避免。

　　計(jì)算了空氣預(yù)壓值后，可以通過公式2計(jì)算膨脹罐最低容積：

　　V=△eXC/1-(Pi/Pf)4-13

　　式中：

　　V——膨脹罐最低容積(升);

　　△e——水加熱膨脹系數(shù)差，即水加熱到最高溫度的系數(shù)—水冷卻時(shí)的溫度系數(shù);

　　C——系統(tǒng)總水量(升);

　　Pi——起始?jí)毫Γ瑸镻a+1, 即計(jì)算的膨脹罐空氣預(yù)壓值+1bar的大氣壓(bar);

　　Pf——最終壓力，安全閥設(shè)定的最大壓力+1bar的大氣壓。

　　水加熱膨脹系數(shù)‘e’—相對(duì)于水溫在4℃時(shí)體積的膨脹系數(shù)

　　5、防過熱保護(hù)

　　太陽能系統(tǒng)在太陽能輻照量較好的夏季，若用水量持續(xù)偏小或不用水，將會(huì)造成系統(tǒng)溫度過高，系統(tǒng)壓力增加。在這種工況下，太陽液(傳熱介質(zhì))穩(wěn)定性差，同時(shí)對(duì)太陽能集熱器自身的壽命有一定的影響。

　　為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)中安裝了過熱保護(hù)器。當(dāng)三個(gè)水箱中的溫度均超過80℃，太陽能集熱器的溫度超過90℃時(shí)，常開電磁閥DCF5關(guān)閉，將太陽能過熱保護(hù)器串聯(lián)在集熱系統(tǒng)中，進(jìn)行散熱;當(dāng)三個(gè)水箱中有一個(gè)水箱中的水溫低于80℃或集熱系統(tǒng)中的溫度低于90℃時(shí)，關(guān)閉電磁閥。

　　根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)，太陽輻射強(qiáng)度取值1000w/㎡,系統(tǒng)集熱面積為178.4㎡,采光面上的輻射強(qiáng)度為178.4KW。集熱效率為0.5,則太陽能集熱系統(tǒng)收集的熱量為89.7KW。

　　查閱2001年5——8月份日輻射量,最大日輻射量為27.82MJ;2002年5——8月份日輻射量,最大日輻射量為27.78MJ。按照該輻射量計(jì)算每天的熱量分別為2481.54MJ(集熱效率為0.5)和2233.38MJ(集熱效率為0.5)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)選用2481.54MJ為每天的得熱量。

　　由上圖曲線不難發(fā)現(xiàn)太陽能輻射量最大值持續(xù)時(shí)間均為1天。日輻照量超過26MJ時(shí)，持續(xù)時(shí)間不超過3天;日輻照量超過20MJ，平均值在24MJ左右時(shí)(出現(xiàn)在5月份)，持續(xù)時(shí)間最多10天，此時(shí)每天集熱系統(tǒng)的平均集熱量為2140MJ左右。

　　過熱保護(hù)設(shè)備及方案：

　　過熱保護(hù)采用空調(diào)冷卻水箱，冷卻水箱尺寸為18m×2.85m×2m。冷卻水箱中水位高度1.8m，水箱中水的重量為92.34噸，水溫通常為20℃。

　　太陽能集熱器得到得熱量部分(80%)通過換熱器加熱冷卻水箱的冷水，若再有剩余排放部712MJ，每天排放熱水量為：

　　需要排放熱水代出的熱量為：2140-1712=428MJ

　　冷水溫度按20℃，出水溫度按80℃計(jì)算，每天需要排放的熱水量為1.7噸。

　　換熱器的型號(hào)：

　　散熱量為1712MJ，散熱溫度80℃，冷卻水溫度20℃。

　　根據(jù)換熱廠家提供的型號(hào)為：LFP-R-0.23。

　　冷卻水箱中安裝浮動(dòng)盤管換熱器，生活水箱中的水溫達(dá)到80℃且集熱器的溫度達(dá)到90℃時(shí)，打開循環(huán)水泵，將生活水箱中的熱水通過換熱器加熱冷卻水箱的冷水，達(dá)到降溫的目的。

　　6、集熱器布置說明

　　集熱器完全按照與建筑結(jié)合的要求，采用鋼結(jié)構(gòu)固定在樓頂，與建筑混為一體，集熱器分上下兩排分布，兩臺(tái)間距為180mm。管道采用紫銅管。

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