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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（非承壓系統）——單水箱系統（學校用水）和太陽能熱水工程開式系統（非承壓系統）——24h雙水箱系統（賓館用水）設計方案，今天，熱水器資料庫繼續為大家分析太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）設計方案，望感興趣的朋友一起來關注下。

　　太陽能熱水工程閉式系統(承壓系統)

　　一、太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）設計依據和設計標準

　　1、太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）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。原設計用水量為15噸/天，現有系統熱水管道供水管徑DN80，回水管徑DN50，本系統要求24小時供熱水，其中用水高峰時間為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備安裝位置要求：集熱器安裝在紀念堂屋頂上檐，離地下一層高度約40米，安裝后不影響紀念堂整體外觀。換熱器、水箱、輔助電加熱設備、控制柜等相關輔助設備安裝在紀念堂地下一層。最不利的用水點高度為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（承壓系統）設計指標：

　　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)為標準。安裝總集熱面積為178.4㎡的太陽能集熱系統。在設計條件(基礎水溫15℃，集熱效率為0.60，水箱及管道損失為0.10)下,系統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（承壓系統）當地氣象資料

　　基礎水溫：15℃

　　太陽輻照資料

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

　　二、太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）運行原理及說明

　　我們根據用戶要求，結合貴方的實際用水情況，確定采用U型管集熱器、遠程控制柜(包括傳感器)、保溫水箱等主要設備，來完成貴方需求的各項功能。

　　1、太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）系統原理圖：

　　2、太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）運行原理

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

　　每個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;三個儲水箱溫度探頭T2-1,T2-2,T2-3

　　a.溫差循環：三個水箱依次循環。

　　儲水箱A與集熱器的溫差循環為先，當集熱器的溫度T1-1與儲水箱A的溫度T2-1之差大于5度，即(T1-1-T2-1≥5℃)循環泵P1啟動，當兩者溫度之差小于2度(T1-1-T2-1≤2℃)，循環泵停止循環;當儲水箱A內的溫度到達50℃時，系統自動轉換到儲水箱B水箱的集熱循環，依次循環。

　　供水：采用變頻供水，先以儲水箱A為供水水箱，當儲水箱A內的水水位L-1低于一個水位時，電磁閥DCF2-1自動關閉，系統自動切換到儲水箱B，電磁閥DCF2-2打開。

　　b.輔助能源(電鍋爐B)：當水箱A內的水位低于2個水位時，電鍋爐B自動切換到水箱B，監測水箱B的溫度，若溫度低于30度，電鍋爐啟動，將水加熱至30度停止，半小時后系統監測水箱B溫度，若水溫度低于40度，電鍋爐啟動，將水箱B內的水加熱至40度，停止加熱，再過半小時后系統自動監測水箱B內的溫度，將水箱B內的溫度加熱至50度停止加熱。當水箱B內的水位到達2個水位時，鍋爐自動切換到下一個水箱，進行系統檢測加熱，依次類推。

　　c.防凍循環：當樓頂管道溫度T1-2低于5度時，進行防凍循環，循環泵P1啟動。循環到10度停止。

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

　　溫差循環泵P與Pb一備一用，兩臺循環泵交替使用，避免水泵工作時間過長，壽命降低。

　　f.軍團菌為需氧革蘭陰性桿菌，是一種人類單核細胞和巨噬細胞內寄生菌，軍團菌喜水、存活時間長，生存的溫度為0～60℃，在60℃迅速死亡，系統設計將每周對水進行高溫加熱至60℃，防止軍團菌的滋生。

　　三、太陽能熱水工程閉式系統（承壓系統）重要項校核計算及說明

　　1、直接系統

　　集熱器集熱面積

　　2、間接系統的集熱器集熱面積

　　間接式系統太陽能集熱系統和熱水供應系統之間通過換熱器換熱，由于換熱器內外存在傳熱溫差，使得在獲得相同溫度熱水的情況下，間接系統比直接系統的集熱器運行溫度高，集熱器效率低，所需的集熱器總面積比直接系統大，需要在直接式系統計算基礎上進行面積補償。

　　間接系統的集熱器總面積可按式3-25計算

　　3、換熱器選擇計算

　　選型的主要任務是計算板式換熱器有效換熱面積，計算如下：

　　熱流量

　　對數平均溫差

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

　　板間流速

　　流經板式換熱器產生的壓力降，對于水來說當板間流速不大于0.4m/s時，。具體不同廠家的產品阻力略有不同，具體選型時可乘以1.2的系數，也可跟廠家直接聯系溝通數據的準確度。

　　換熱器選擇注意點：

　　換熱器選擇時要根據換熱量，一次側進出水溫度，二次側進出水溫度進行換熱面積的計算，選擇時要加上一定的余量，一般都是乘以1.2的系數。

　　換熱器選擇時一定要跟連接的管路管徑相匹配，一般應使管路的管徑小于換熱器管束的直徑。

　　換熱器選擇時要明確換熱器的阻力特性，以便在以后的動力設備選型時準確計算管路阻力損失。一般都要乘以1.2的系數。

　　換熱器的流速不宜過大，以使換熱充分。

　　換熱器串聯時，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的太陽能集熱系統中應設置膨脹罐以吸收由于溫度變化所引起的膨脹量變化，膨脹罐前應設置一定容積的冷水容器以防止膨脹的介質直接進入膨脹罐對隔膜或膠囊造成破壞，膨脹罐的容積應在常規計算的基礎上擴大至少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水管上以及熱水回水管的分支管上均應設置膨脹罐。

　　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。

　　在實際工程中，我們經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點有：

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

　　②由于沒有水澇發生，就不會由于安全閥泄水而補充新鮮水，而由此帶來的系統腐蝕問題則會避免。

　　③隔膜式膨脹罐的空氣壓力可以根據系統注水后的靜壓調節，使系統加熱前幾乎沒有水進入膨脹罐，因此膨脹罐的體積及重量更小。

　　④預壓空氣為密封狀態，因此膨脹罐(理論上)可以安裝在系統任何位置。

　　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該在系統水加熱到最高溫度時,其壓力低于安全閥設定壓力0.3巴左右。低于設定壓力0.3巴的富余量能防止安全閥泄水。同時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算空氣預壓值，通過公式計算：

　　Pa=Ps+0.3

　　式中：

　　Pa=空氣預充壓力(bar)

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

　　正確的空氣預充壓力是膨脹罐入口處的靜壓，加上系統頂部0.3巴的額外量。在系統注水前，需要將膨脹罐的空氣預充壓力調節到計算出來的空氣預壓值。膨脹罐殼體上的充氣閥可以實現加氣或放氣：加氣可以通過一個小的空氣壓縮機或自行車氣筒實現，在加氣時需要使用一個精度為0.1巴的氣壓表檢測。

　　正確的空氣預充壓力保證膨脹罐隔膜在系統注水后未加熱時完全膨脹到殼體。如果空氣預充壓力低于計算值，系統在未加熱時就有一部分系統水進入到膨脹罐里面，因此當系統加熱時膨脹罐的容積不夠。空氣預充壓力不夠就等同于膨脹罐容積偏小，會造成每次系統加熱時安全閥泄水，這種情況必須予以避免。

　　計算了空氣預壓值后，可以通過公式2計算膨脹罐最低容積：

　　V=△eXC/1-(Pi/Pf)4-13

　　式中：

　　V——膨脹罐最低容積(升);

　　△e——水加熱膨脹系數差，即水加熱到最高溫度的系數—水冷卻時的溫度系數;

　　C——系統總水量(升);

　　Pi——起始壓力，為Pa+1, 即計算的膨脹罐空氣預壓值+1bar的大氣壓(bar);

　　Pf——最終壓力，安全閥設定的最大壓力+1bar的大氣壓。

　　水加熱膨脹系數‘e’—相對于水溫在4℃時體積的膨脹系數

　　5、防過熱保護

　　太陽能系統在太陽能輻照量較好的夏季，若用水量持續偏小或不用水，將會造成系統溫度過高，系統壓力增加。在這種工況下，太陽液(傳熱介質)穩定性差，同時對太陽能集熱器自身的壽命有一定的影響。

　　為了避免這種現象的出現，保障系統的正常運行，在系統中安裝了過熱保護器。當三個水箱中的溫度均超過80℃，太陽能集熱器的溫度超過90℃時，常開電磁閥DCF5關閉，將太陽能過熱保護器串聯在集熱系統中，進行散熱;當三個水箱中有一個水箱中的水溫低于80℃或集熱系統中的溫度低于90℃時，關閉電磁閥。

　　根據以上統計，太陽輻射強度取值1000w/㎡,系統集熱面積為178.4㎡,采光面上的輻射強度為178.4KW。集熱效率為0.5,則太陽能集熱系統收集的熱量為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)。根據以上數據選用2481.54MJ為每天的得熱量。

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

　　過熱保護設備及方案：

　　過熱保護采用空調冷卻水箱，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℃計算，每天需要排放的熱水量為1.7噸。

　　換熱器的型號：

　　散熱量為1712MJ，散熱溫度80℃，冷卻水溫度20℃。

　　根據換熱廠家提供的型號為：LFP-R-0.23。

　　冷卻水箱中安裝浮動盤管換熱器，生活水箱中的水溫達到80℃且集熱器的溫度達到90℃時，打開循環水泵，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合的要求，采用鋼結構固定在樓頂，與建筑混為一體，集熱器分上下兩排分布，兩臺間距為180mm。管道采用紫銅管。

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