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设计太阳能热水工程的思路

太阳能热水工程系统设计应与规划建筑方案设计同步进行。规划建筑积极及时介入 ,就能从建筑设计之初就考虑太阳能热水系统应用 ,并为设备安装提供方便 ,使得太阳能热水系统在建筑上能得到有效的应用。安装太阳能热水系统的建筑单体或建筑群体 ,主要朝向宜为南向 ;建筑体形和空间组合应与太阳能热
水系统紧密结合 ,并为接收较多的太阳能创造条件 ;建筑物周围的环境景观与绿化种植 ,应避免对投射到太阳能集热器上的阳光造成遮挡。另外集热器的位
置、色泽及数量给排水专业也要与建筑师配合设计 ,在承载、控制等方面要与结构专业、电气专业配合设计 ,使太阳能热水系统真正纳人到建筑设计当中来。
设计太阳能热水系统 ,给排水专业是牵头专业 ,要做好设计 ,首先要理清思路 ,确定设计步骤。
(1) 确定一个建筑要做太阳能热水之后 ,首先根据具体建筑类型选取相应太阳能热水系统。

确定太阳能热水系统集热器选型和安装布置。根据太阳能热水系统在一年中运行时间 ,最低环境温度 ,水质条件 ,维护管理等多方面因素综合考虑 ,选用全玻璃真空管 ,金属2玻璃真空管或者平板型集热器。集热器是收集太阳能的主要部件 ,其安装的位置应避免其它建筑、树木及建筑自身遮挡阳光。特别是对于安装在集合建筑南向墙面上的集热器要根据规划中日照间距设置 ,确定最低的安装高度。从建筑的角度考虑集热器的维护使用问题 ,如果集热器安装在平屋顶、阳台等处 ,维护清洁比较容易进行 ;如果集热器安装在坡屋顶和南侧窗间墙等处 ,则要考虑今后使用中的维护问题。根据集热器安装位置 ,有具体安装
要求 :

①集热器设置在平屋面上 ,应符合下列要求 :
对朝向为正南、南偏东或南偏西不大于 30°的建筑 ,集热器可朝南设置 ,或与建筑同向设置 ; 对朝向南偏东或南偏西大于 30°的建筑 ,集热器宜朝南设置或南偏东、南偏西小于 30°设置 ; 对受条件限制 ,集热器不能朝南设置的建筑 ,集热器可朝南偏东、南偏西或朝东、朝西设置 ;水平放置的集热器可不受朝向的限制。
②集热器设置在坡屋面上 ,可设置在南向、南偏东、南偏西或朝东、朝西建筑坡屋面上。

③太阳能集热器设置在阳台上 ,对朝南、南偏东、南偏西或朝东、朝西的阳台 ,集热器可设置在阳台栏板上或构成阳台栏板。

④太阳能集热器设置在墙面上 ,在高纬度地区 ,集热器可设置在建筑的朝南、南偏东、南偏西或朝东、朝西的墙面上 ,或直接构成建筑墙面 ;在低纬度地区 ,
集热器可设置在建筑南偏东、南偏西或朝东、朝西墙面上 ,或直接构成建筑墙面。

集热器倾角应与当地纬度一致 ,如系统侧重在夏季使用 ,其倾角宜为当地纬度减 10°,如系统侧重在冬季使用 ,其倾角宜为当地纬度加 10°。全玻璃真空管东西向水平放置的集热器倾角可适当减少。

集热器可通过并联、串联和串并联等方式连接成集热器阵列 , 对自然循环系统 ,集热器阵列中集热器的连接宜采用并联。平板型集热器的每排并联数目不宜超过 16 个。全玻璃真空管东西向放置的集热器 ,在同一斜面上多层布置时 ,串联的集热器不宜超过 3 个 ,每个集热器联集箱长度不大于 2 m。对自然循环系统 ,每个系统全部集热器的数目不宜超过 24个。大面积自然循环系统 ,可分成若干个子系统 ,每个子系统中并联集热器数目不宜超过 24 个。

(2) 确定系统太阳能保证率。

太阳能保证率指系统中由太阳能部分提供的热量除以系统总负荷。根据当地条件 ,按照 30 %~80 %的范围内设定 ,取值可按表 1 推荐值选用。
(3) 计算集热器面积。

太阳能热水系统集热器面积的确定是一个十分重要的问题 ,而集热器面积的精确计算又是一个比较复杂的问题。在欧美等发达国家 ,集热器面积的精确计算一般采用专业软件来进行 ,根据系统所选太阳能集热器的瞬时效率方程(通过试验测定) 及安装位置 (方位角和倾角) ,再输入太阳能热水系统 ,使用当地的地理纬度、平均太阳辐照量、平均环境温度、平均热水温度、平均热水用量、贮水箱和管路平均热损失率、太阳能保证率等数据 ,按一定的计算机程序计算出来的。相关资料规定了集热器总面积具体计算公式 ,具体可参考相关规范。方案设计阶段 ,可以根据建筑建设地区太阳能条件按表 1推荐值估算集热器总面积。
(4) 确定加热方式 ,应根据冷水硬度、气候条件、冷热水供水压力平衡要求确定系统采用直接还是间接加热系统 ,具体可以参考相关文献选用。
(5) 设计储热水箱 (罐) 。首先计算储热水箱(罐) 的容积。根据集热系统与供水系统的设计要求 ,按照规范公式分别计算两个系统的容积 ,取二者的大值定为太阳能热水的储热水容积 ;储热水箱 (罐) 材料 ,必须采用符合卫生要求 ,内置电加热的水箱内箱必须接地。储热水箱(罐) 宜设置在室内 ,位置必须要保证其安全运转便于操作检修。
(6) 如果系统选用间接加热系统 ,按照规范进一步确定换热设备面积和数量 ;如果系统选用强制循环系统 ,按照规范进一步确定集热循环泵的流量和扬程。
(7) 设计辅助加热系统。太阳能热水受到天气等因素制约 ,热水品质不理想 ,所以还应设置辅助加热系统 ,辅助热源宜选择城市热网、热泵、燃气、燃油、
电、农村地区还可以考虑沼气。辅助热源的供热量宜按文献规定的耗热量计算 ,宜按照无太阳能热水系统状态配置。集中热水供应系统时 ,配套宜不少于
2 套 ;一套检修时 ,其他各套加热设备的总供热能力不小于系统耗热量 50 %。采用分散热水供应系统时 ,加热设备通常为一套电或燃气热水器。
(8) 热水系统管路设计 ,确定系统控制和计量方式。