太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)計(jì)算說(shuō)明書

1、1太陽(yáng)能供熱米暖系統(tǒng)綜述太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能，供應(yīng)冬季采暖和全年 生活熱水。系統(tǒng)主要由集熱系統(tǒng)、換熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)、輔助能源和控制系 統(tǒng)等4大部分組成。1.1集熱系統(tǒng)根據(jù)使用區(qū)域和用戶投資規(guī)模不同，使用相應(yīng)的太陽(yáng)能集熱器組 成集熱系統(tǒng)。包括全玻璃真空管集熱器、平板集熱器、玻璃金屬集熱 器（玻璃金屬u型管集熱器、玻璃金屬熱管集熱器）等，集熱系統(tǒng) 可以采用直接系統(tǒng)間接系統(tǒng)。長(zhǎng)期運(yùn)行過程中既要考慮太陽(yáng)能集熱系 統(tǒng)的越冬保護(hù)問題，又要考慮集熱器夏天過熱問題。 直接式系統(tǒng)既可 以采用回流式排空防凍措施也可以采用電伴熱或熱循環(huán)防凍措施；由于間接式系統(tǒng)一般采用低冰點(diǎn)高沸點(diǎn)介質(zhì)做導(dǎo)熱液，因此不存在冬

2、季越冬保護(hù)問題，但其夏季過熱是主要問題。1.2換熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)目前常用的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)中多以熱水顯熱的形式來(lái)完成供熱和 儲(chǔ)熱，隨著技術(shù)的進(jìn)步逐漸有以相變潛熱供熱的太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng) 面世。集熱系統(tǒng)種類不同，換熱設(shè)備和儲(chǔ)熱系統(tǒng)都不同，直接式系統(tǒng) 把水作為集熱的熱媒和采暖供熱的熱媒；間接式系統(tǒng)一般用換能液（低冰點(diǎn)高沸點(diǎn)介質(zhì)）通過換熱器把集熱器產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存到儲(chǔ)熱系 統(tǒng)中；換熱器可以是內(nèi)置式也可以是外置式。 儲(chǔ)熱水箱的容積和太陽(yáng) 能采暖保證率有關(guān)，所以同樣集熱面積的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)， 儲(chǔ)熱水箱 容積可能不同，太陽(yáng)能保證率越大，儲(chǔ)熱水箱的容積越大。1.3用熱系統(tǒng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)用熱包括兩部分：采暖用熱、生活熱

3、水用熱。生 活熱水要求水質(zhì)新鮮、富含氧氣、溫度合適、帶有一定壓力、清潔、 無(wú)病菌、無(wú)異味，因此不能和采暖系統(tǒng)共用一套水源，采用雙水箱系 統(tǒng)、單水箱加換熱器系統(tǒng)。對(duì)采暖系統(tǒng)來(lái)講，末端散熱器主要用熱設(shè)備，通過熱傳導(dǎo)、輻射、 對(duì)流把熱量散發(fā)出來(lái)，讓居室的氣溫得到提升。太陽(yáng)能輔助采暖系統(tǒng) 可以在地板底下敷設(shè)加熱管、普通金屬散熱器、風(fēng)機(jī)盤管散熱器等多 種形式末端散熱器。目前市場(chǎng)上銷售的采暖散熱器從材質(zhì)上分為銅管 鋁翅對(duì)流散熱器、鋼制散熱器、鋁制散熱器、銅制散熱器、不銹鋼散 熱器、銅鋁復(fù)合散熱器以及老式鑄鐵散熱器等。1.4輔助能源和控制系統(tǒng)輔助能源和控制系統(tǒng)是保證太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)全天 24h安全可靠運(yùn) 行的

4、關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)控制策略的優(yōu)劣決定系統(tǒng)運(yùn)行過程是否節(jié)能， 降 低耗電輸熱比的關(guān)鍵措施。2常見太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)組成方式2.1常見4種太陽(yáng)能采暖和生活熱水系統(tǒng)由于集熱器種類和運(yùn)行方式有多種形式，儲(chǔ)熱水箱有開口式、封 閉式及有無(wú)內(nèi)置換熱器式等種類，輔助能源安裝在水箱內(nèi)部的電加熱 器、通過內(nèi)置或外置換熱器進(jìn)行加熱的外部加熱裝置，如電鍋爐、燃 氣爐、燃油爐、燃煤爐；外置輔助加熱裝置還可以直接給水箱中的水 加熱。因此太陽(yáng)能供熱采暖有多種組合方式，直接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)間接采暖如圖1所示圉h宜接式* 陽(yáng)龍it黙 泵爭(zhēng)li旬按 壬咲曲丸it罔盤護(hù)帀問愣 我* 陽(yáng)方空東 舲至編5冋 抿 帝R瑋同4冋恢式*陽(yáng)能第晞系繞

5、血按甌福圖1所示系統(tǒng)的輔助加熱設(shè)備是直接安裝在水箱中的電加熱器， 水箱中的熱水既作為采暖供熱的熱源又作為洗浴和生活用水的水源， 通過外置板式換熱器采暖來(lái)隔離生活用水和采暖用熱，這是直接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。圖2所示系統(tǒng)是直接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)直接采暖，其輔助加熱裝 置直接給水箱加熱的外置式裝置（燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、電鍋爐、燃 煤鍋爐、空氣源熱泵、水源熱泵等），通過水箱內(nèi)的換熱器提供新鮮 生活熱水來(lái)隔離生活用水和采暖用熱。圖3所示系統(tǒng)是間接式太陽(yáng)能 集熱系統(tǒng)間接采暖，其與圖1所示系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)加熱方式不同、輔 助加熱裝置加熱方式不同。圖4所示間接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)直接采暖，外置輔助加熱裝置直 接給水箱內(nèi)

6、的水加熱，通過水箱內(nèi)的換熱器提供新鮮生活熱水來(lái)隔離 生活用水和采暖用熱。承壓間接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)間接采暖， 外置輔 助加熱裝置直接給水箱內(nèi)水加熱，水箱內(nèi)熱水直接供生活用水，采暖 部分熱量通過外置的換熱器提供。供暖方式是水箱中的熱水直接通過 散熱器來(lái)給房間供熱的直接供暖方式，也有儲(chǔ)熱水箱中的水通過換熱 器后再經(jīng)過末端散熱器給房間供暖的間接供暖方式。2.2不同集熱和供熱方式的的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比四種太陽(yáng)能集熱、供熱采暖系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。從表1看到無(wú)論是直接集熱系統(tǒng)還是間接集熱系統(tǒng)都可以采用開口式水箱，無(wú)論直接供熱水間接米暖系統(tǒng)還是直接米暖間接供熱水系統(tǒng)都可以米 用開口式水箱，因此太陽(yáng)能供熱水采暖系統(tǒng)

7、中優(yōu)先選用開口式水箱。表1直接供熱與間接供熱優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比供詹方式缺點(diǎn)開口式水需血接供fit不需要水箱克搖接供 新鮮、水就好不潘菱盤常住水箱擁水一一木何町以做拶回票統(tǒng)瀟液箱1水筍內(nèi)水不腌戊接做生活拮 水盂荽生沽翹水換炯設(shè)it. 當(dāng)水輸在低位時(shí)饕冇防倒潦 訃L=；耍的腹醐增防 供0E熱媒過権蠟嵐水箱位賣無(wú)契求*水總內(nèi)水可 以也接作生橋熱術(shù)供凰水縣 度控制方便山要增加供慶換絶循環(huán)愛at性括熱水孟要睹壓泵供 水ri水質(zhì)較菱需要蛭常補(bǔ)水閉式水箱阿接熱水水箱位無(wú)翌尿不需宴奏豪 播生活憩水*（鮮水燃好” m蛤水箱加水。不需耍師倒 潰設(shè)施°儲(chǔ)熱水箱蚩?jī)r(jià)號(hào)髙,且需耍生 荷熱朮擁熱設(shè)錐要在供理回 路增佃防

8、供醫(yī)需婷過葫措施間搖供瞪供BE水覗罐方易控SL水霸無(wú) 位趾餐來(lái).水箱中溥熱水不需 嬰供水泵可按堰準(zhǔn)生帝熱 水用水點(diǎn)儲(chǔ)熱水箱造價(jià)較氟需耍増恤 供換AS、甫環(huán)9 康 鈿&控制眾統(tǒng)良殖V生話 熱水水質(zhì)較療3系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)來(lái)講，其熱負(fù)荷包括兩部分，一部分是建 筑物的采暖熱負(fù)荷，另一部分是生活熱水熱負(fù)荷，由于冬季太陽(yáng)輻照 量減少，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)很難保證供暖熱負(fù)荷， 因此應(yīng)該首先考慮生 活熱水熱負(fù)荷，在保證生活熱水供應(yīng)后再考慮采暖需求。3.1熱負(fù)荷計(jì)算目前公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定建筑物耗熱量應(yīng)該按各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積耗 熱量累計(jì)值來(lái)計(jì)算，只有通

9、過計(jì)算才能得到相對(duì)準(zhǔn)確的建筑物耗熱量。 但由于這種計(jì)算方法工作量大，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用估算 法，常用的方法有體積熱指標(biāo)估算法和面積熱指標(biāo)估算法。按維護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算建筑物的耗熱量指標(biāo)（熱負(fù)荷）q 一單位建筑面駅耗超雖指標(biāo)辛了q,單位連埶面積迪竝圈護(hù)結(jié)構(gòu)的傳燃ft燃星 WAbFq_ 小位建氛両積的空氣淒透豐匚輒匾血啟q. 單位建筑制枳思妊匿* Vi An2I.單代建靈血枳血過圈護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量應(yīng)按下式對(duì)各丁旬市滬苛構(gòu)分珂i十筲訂；1 V :g峯乎李內(nèi)氣溫.t i（V 室夕卜氣溫-；Ar建筑面積闔護(hù)輜的的汩義修止莘散=崛鬧護(hù)峯惋的平均傳熱寮數(shù)*c）；Fi 一閨護(hù)結(jié)構(gòu)的ifif Rb tn2單位

10、建筑I曲幟的空氣滲透桂熱挹應(yīng)按卜列的種況計(jì)冃:L ）樓橈間不采隴qe 瀘（2Agi2 J凌梯問果峻7 Aft V武中 M 建筑物外&血和底層初積所包圍的佯趴?jī)?王2 怪建前物律積熱摺標(biāo)計(jì)算采戰(zhàn)典誕荷建埶物熱他間可H1下式沽斛：= a x qm x V x I（, -1（）式中建埶物熱負(fù)荷-譏：鼻一悠正系數(shù)：q芮 坐船物供曠體忸熱指標(biāo)汽U m1- T ）iV 雀筑物體幟小宀如一采謖曲外氣溫（!G一空內(nèi)平勺氣溫 Id3.2太陽(yáng)能集熱面積的計(jì)算321太陽(yáng)能保證率f合理選取計(jì)算太陽(yáng)能集熱器的面積首先確定太陽(yáng)能系統(tǒng)提供的熱量是多少， 雖然根據(jù)前面的計(jì)算我們已經(jīng)得出建筑物的采暖熱負(fù)荷，但這些能量

11、有多少由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)提供的決定于太陽(yáng)能保證率。為準(zhǔn)確計(jì)算太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)需要提供能量，需要合理選取太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的保證率。 這里強(qiáng)調(diào)說(shuō)明太陽(yáng)能保證率是指晴好天氣的保證率而不是采暖季的 平均保證率。這一數(shù)值要根據(jù)投資規(guī)模和建筑物實(shí)際情況綜合考慮， 并征求用戶意見，一般選取f=50% 。3.22 面積計(jì)薛1 采曖系統(tǒng)集熱面積訃篇nA嚴(yán)H xQlu1 = Qlxf置中:A,太陽(yáng)能集拔器面(U 需要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)提供的熱樂MJ:H TJ暖期晴好天氣太陽(yáng)輻照星.MJ/nr：刀一太陽(yáng)能卑熱、儲(chǔ)熱用供熱系統(tǒng)的綜合效率.0車05;Qi 采股期內(nèi)建筑物H總耗熱量* MJ:f 太陽(yáng)能采服系統(tǒng)的保證率，2.米暖系

12、統(tǒng)集熱面積計(jì)算因?yàn)樘?yáng)能采暖系統(tǒng)一般情況下都無(wú)法滿足采暖熱負(fù)荷，因此甲 方不是特別要求冬天采暖季提供生活熱水，一般都不必考慮生活熱水 系統(tǒng)的集熱面積。如果冬季要提供生活熱水必須專門設(shè)計(jì)生活熱水系統(tǒng)，該部分集熱面積只能用于生活熱水而不能用于采暖系統(tǒng)，可以按照生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。3.3水箱的設(shè)計(jì)計(jì)算為了節(jié)約投資推薦采用內(nèi)置換熱式單水箱太陽(yáng)能采暖供熱水系統(tǒng)，通過換熱器在采暖的同時(shí)為用戶提供生活熱水。設(shè)計(jì)原則：太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)生的熱量扣除白天采暖需要后剩余能量以顯熱形式儲(chǔ)存在儲(chǔ) 熱水箱中，水箱上限溫度比當(dāng)?shù)責(zé)崴悬c(diǎn)溫度低15 C左右，下限溫度不宜V5C；如有排回防凍措施，還要考慮晚上防凍排回液體的

13、容 量。1.水箱的容積當(dāng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)在晴好天氣的保證率 30%時(shí)，太陽(yáng)能集熱器 在白天得到的能量轉(zhuǎn)換為熱能后能被建筑物完全消耗， 剩余部分的熱 量以熱水的形式儲(chǔ)存在水箱中供夜間采暖使用， 這些熱水的容積按公 式8、公式9、公式10計(jì)算。V * P (LOOO=Aq * Hv=t（W A< H "t g）c廠“ t 3 -）Q卻三牛ooi式中:Cp水的定壓比熱容” Cp = 41 RkJ/（ k封兀）；U儲(chǔ)熱水箱有效容積川厲P一 水的密度 * lOOOkg/m1；3儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水的上側(cè)a g/c；如一儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水的下限溫度.咒：九一太陽(yáng)能集熱器面積jn2:11備李晴好天氣太陽(yáng)輻鼎

14、量TJ 集熱系統(tǒng)熱故率*% ,% 建筑物|! i犬釆曖需翌以E.，MJ;Qt 一采邊期內(nèi)建筑物日超耗熱9MJ -注:此計(jì)算中r i a鬥采曬黒璉荷和夜晚相同2.防凍回流排回液體的容量為了解決全玻璃真空管集熱器組成的直接式集熱系統(tǒng)的防凍問題， 為了提高采暖系統(tǒng)的效率，最有效的辦法是把集熱器中的水排回水箱。 不同規(guī)格型號(hào)的集熱器由于聯(lián)箱的體積、管道長(zhǎng)度和直徑不一樣，其 集熱系統(tǒng)的容水量是不同的，但可以進(jìn)行粗略計(jì)算。以58 X1500型集熱器為例，單只真空管容水量按 3.01計(jì)算式中；Vc太陽(yáng)能集熱器及管路中水容積肩n-«熱系統(tǒng)直空管個(gè)數(shù).個(gè)；忻一單只集鶴簷中的容水量曲,3儲(chǔ)煤水箱的容積儲(chǔ)

15、熱水箱的容積対= V+VC（12）3.4輔助能源設(shè)計(jì)陰雨雪天沒有太陽(yáng)能，所有采暖負(fù)荷都要有輔助加熱設(shè)備提供， 因此輔助加熱設(shè)備提供的熱能采暖總負(fù)荷，故輔助能源功率必須建筑物供暖熱負(fù)荷。為延長(zhǎng)輔助能源的壽命，一般情況下按1.5倍2 倍選擇輔助能源功率。P = KQn(13)式中:P 輔助能源功率用IK_兀余系數(shù)(無(wú)量綱hQn采暖期內(nèi)建it物熱t(yī)h荷凡3一、工程概況：西安地區(qū)某住宅公寓20層，共20000 m2 ,共有200戶，按每戶3人計(jì)算共600 人。冬季采暖利用太陽(yáng)能供熱 按面積估算法進(jìn)行冬季熱負(fù)荷的估算IHR 費(fèi)期錄rw怡%iteirik«tt5544W-45ftJ-fiT*55

16、5字校，*60-B0W-T0監(jiān)SL乳吻fi5-81>51-JOi*n60-?0鈾70Vff5S-70Aft «JT|115-140BDfr-130mn + «%!««5*-lL£XH-10S大n«.*V4nsissa> i啦如 enwx.Z flhfr中匕尿丹耳算柄傳貳昌製罠.根據(jù)規(guī)范，采用面積熱指標(biāo)概算，取 =40W/卅，則每秒采暖負(fù)荷為:QF=q f*A=40*20000=800000W采暖集熱面積的計(jì)算3.22 面積計(jì)薛1.采曖泵統(tǒng)策達(dá)而機(jī)計(jì)算nA嚴(yán) H xQlu1 = Qlxf置中.Afk陽(yáng)能集熱器面«!

17、u»-；Qa 需要由k陽(yáng)龍集熱系統(tǒng)提供的熱5 . MJ;H T 曖期晴好天氣太l；l I輻照量.MJ/nr：刀一太陽(yáng)能集熱俯熱用供熱系統(tǒng)的綜合效率.O/kOJ；Q采曖期內(nèi)建筑物日總耗熱量,MJ；f一太陽(yáng)I世采服系統(tǒng)曲保證牡，50 r縝跑表2月宜均巴帝沁£ MRS喲ltd肺軸天It全年日便 時(shí)歓h)全匸輻煮 tOU/n*M；李著如】1.(山起刪卻，育除兀協(xié)甘孟古徵.山”*.Si蘇出號(hào)W-naaMFttt,址亍、<11S時(shí)、安慢“乩靠*部“前江，江西、if集,廣忘*南東爭(zhēng);恥廣苛女輻曲tM- 3»41N-MM44-fl喪勁一此帶觸甫!5律、廣暮北禪一祁金 廡郵、瞬川語(yǔ)8!tw*nuIM-I75MUMl.t相北*刊點(diǎn)內(nèi)棗irttw云南率審一幫好vsttl TH 200ISK-17S冃丿il*帯押丸理LD« -1411C43H1i<D13p成孤號(hào)據(jù).葩底*屋尊* U貢.慣乳，憲Ml<ll»-根據(jù)表格選擇年平均日太陽(yáng)輻照量，按上表數(shù)據(jù)全年輻照量J取5000MJ/m 2d，則 H=J/365H=13.7MJ/ m2 dQt=0.8*3600*24=69120MJ/dQsun 二Qt*f=69120MJ/d*50%=34560MJ/d.Qsun,Ac二=5045.3 m