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1、太 阳 能 热 水 工 程方 案 设 计工程名称：房产太阳能配套工程设计单位：辉煌太阳能上海公司：上海都市路3800弄200号 ：021- 近年来，常规能源日益紧缺，价格不断上涨。国际上掀起了新一轮太阳能利用方面开发研究热潮，其中太阳能热水器以其节能、环保、方便、平安等优势，受到了广阔消费者青睐，在国内已经形成了相当大产业规模。据统计，全国太阳能热水器保有量约7500万平方米，年生产能力1500万平方米，并且以每年20%速度增长。工程概述：考虑到节能、环保等众多因素，拟在某小区配套太阳能热水工程，此小区有多层、小高层、别墅。针对江苏省天气情况、人均收入水平，我公司拟三种热水方案供贵方参考。方案
2、1-太阳能热水器-分户供给热水众所周知，太阳能热水器是最节能，它直接利用太阳所发出光能，通过真空管吸收，将光能转变成我们所利用热能，在当今时代，节能是一种趋势，太阳能与房屋更是一种新兴潮流。太阳能热水器怎样与房屋配套才能保证整个小区协调而成为一道风景，具体说：太阳能热水器与房屋配套有以下几种配套方式：1、屋顶单机统一安装模式：单台统一安装模式一般适合在6层以下楼盘安装，各户自行管理。在屋顶预留太阳能热水器安装位置，结合屋顶造型和尺寸，选择适宜太阳能热水器型号。在美观性、抗风性、防雷措施、管道走向、检修通道等方面统一设计。管道处理：在屋顶预留出各户单独水管，一般应该是2根户，应选用直径20MMP
3、PR热水管道。如果走室内管道井，可以简单做保温，每单元分成2个管道井与自来水管道同时安装，并且将各户管道编号。如果走室外，热水管要做加强保温，应该在外墙安装2根160PVC套管单元，太阳能管道走PVC套管通入各户卫生间。考虑在建筑设计时要用太阳能热水器，应该将管道布置在室内管道井中较好。抗风性能：太阳能热水器厂家应提前介入设计，与建筑设计单位一起确定安装方案，考虑清楚是否要安装CPC太阳能反光板，在屋面相应位置预埋抗风固定件一般抗风为12级。防雷措施：依据建筑防雷要求(120尖端放电原理)，做好太阳能热水设备防雷措施如果在建筑物最高处，必须单独做避雷装置。如果不在建筑物最高处，可与建筑物避雷带
4、连接。美观性：如下列图所示为常见屋面安装方式(在屋面能看见水箱，但规划整齐)，用斜屋面支架在屋脊骑脊式建筑安装，屋脊长度不够时，可在屋面贴饼式安装。但配套家用太阳能热水器一般不提倡安装水温水位仪及电加热器。1.1、 适用于尖顶房，楼面上北面有平台上。太阳能热水器直接放置在平台上，示意图如下：1.2、 适用于尖顶房，无平台供摆放太阳能热水器，太阳能热水器支架跨于屋顶，卫生间留有管道井供安装太阳能热水器管、线。示意图如下：如上图所示太阳能支架为热镀锌角铁焊接成倒“K型镶嵌式安装，取消了太阳能后支架和斜拉杆，特别对于已经成型屋顶安装，具有经济、平安、美观、实用优点。同时，水箱还可采用隐蔽安装，在屋顶
5、看不见水箱和管道，更加突出其建筑美观性。1.3、 适用于尖顶房，无平台摆放太阳能热水器，此时布置太阳能热水器有以下几种方式：1.3.1、 在南坡面留预埋件与太阳能热水器支架相连，留有管道井安装太阳能热水器管线，其示意图如下：1.3.2、将太阳能热水器镶嵌在坡屋面内，无任从何种角度看整个楼面都很景观，具体示意图如下：以上是分户供给热水，无论是多层或小高层楼面足够摆放太阳能热水器均适用，另外我公司配有液晶显示排空阀，主要适用于顶层以下住户，使用液晶显示排空阀能保证底层用户一翻开就有热水，这样解决了用户在冬季使用时管道冻堵现象。其根本原理如下：在水箱和用水管之间安装一只排空阀，在用完热水或上满时，翻
6、开排空阀开关，将排空阀内电动阀翻开，外界空气进入水管内，管道内水由于自重从水管内流出来从而保证用户一翻开水阀，水箱内热水直接从水箱内流出不需要排冷水，因为水管内无冷水。在具体工程实践中，尚需建筑师同太阳能热水器工程设计人员共同探讨。方案2-集中供热，分户送热水：多层、小高层太阳能集中供给热水：此种供给热水方式主要用于多层或小高层建筑，用太阳能集中供给热水前提是楼顶面积足够假设楼顶面积不够，用第二种供给热水方式，此种供给热水方式通常以一个单元为一个中央热水系统。其系统原理图如下以12层小层为例：具体运行如下：1、 集热器储热水箱之间设定为温差循环:即太阳能集热器吸收太阳光转化成热能使水温升高，当
7、集热器与储热水箱温差到达设定差值时，热水循环水泵启动将集热器与储热水箱内水进展循环交换。当集热器与储热水箱之间热量交换使集热器内水温下降低于设定差值时，热水循环水泵停顿工作，如此往复动作，使储热水箱内水不断升高。2、 储热水箱进水设定定温补水、低水位补水和顶峰前补水：当储热水箱内水温到达设定值时如600C，电磁阀翻开启动，冷水补进储热水箱中，随着冷水补进使储热水箱内水温降低，当储热水箱内水温降低到另一设定值时如450C,电磁阀自动关闭，如此循环下去，直到整个储热水箱水满为止；其次，给整个水箱设定二个低水位和一个高水位，正常用水时非用水顶峰，水箱保持一个低水位，当储热水箱内水位低于这个低水位时，
8、电磁阀自动翻开给储热水箱补水，当水位补到另一次低水位时，电磁阀自动关闭。另外，在用水顶峰前一段时间，当储热水箱内水位未满时，此时电磁阀自动翻开给储热水箱补水，补满时，电磁阀自动关闭。3、 供水循环设定：供水循环是整个工程中最重要局部，为保证用户随时都能迅速得到恒定热水，同时使用时不至于排放大量冷水，我们在整个供水管道设置了自动增压泵、热水循环泵，并且定时设置即在全天设定4个时段，规定在每个时段工作90分钟，用于保证管道内时刻都有热水供给。由于该楼房是12层建筑，我们将供水管网分成二个区域：912层为第一区域；由于距离楼顶水箱距离较近，自由落差较小，必须通过自动增压泵保持足够喷淋压力，自动增压泵
9、设置在该区域供水进口，在该区域出口处设置了电磁阀，电磁阀是定时控制，当电磁阀翻开时，整个管道保证循环，自动增压泵起热水循环泵作用；电磁阀关闭时，自动增压泵起调节管道压力。19层为第二区域；该区域供水压力足够，正常情况下直接由水箱供水。以上二个供水区域是通过热水循环泵循环来保证管道内无冷水即定时启动热水循环泵。假设是高层建筑时，通常6层以下住户由于自由落差较大，需要采取减压措施，在每个住户用水终端安装一个减压阀，用于减小出水压力，同时也可平衡冷热水压力。集中供热承压或非承压、分户储热半集中式中央热水系统： 太阳能中央热水系统是将多个真空集热管联在一起形成大规模制热系统，从而解决了家用太阳能受建筑
10、上下影响和安装不便缺点，具有使用寿命长、热效率高、方便节能特点。 该类系统类似于中央空调系统。集热器集中集热，循环泵将热水输送到每个用户承压水箱中，通过换热盘管对水箱中水加热。当需要用水时，假设水箱中水温没有到达设定温度时自动启用辅助加热：各户单独使用，热水资源分配均匀，且白天局部用户用完箱中热水后，水箱中冷水还可以得到一定热能；集热局部可承压运行，且运行控制方式简单，系统闭式循环可防止因水质引起管路和集热器结垢。该系统最大特点是将热水储存于每户中，减少水箱占用屋面或地下面积，整个系统管路在建筑是也不影响建筑美观，如下列图。 对于7层楼以下集体安装分户使用集热工程，可以采用如下列图所示模式，它
11、最大特点是在各户配承压水箱，集热器选用“U型管或平板集热器承压运行换热，但造价相对较高。 辉煌太阳能在工程实践中选用了真空管集热器和微承压不锈钢水箱结合方式，克制了水箱分户分散安装模式造价高、热效率低、换热管路设计复杂等方面缺乏。在常用集统一安装，分户使用热水工程运行原理和安装模式根底上，采用间接换热方式，如在大水箱中安装假设干个小不锈钢微承压水箱，分配到各户，顶水出水，利用冷水表计量收费。顶水出水加压方式采用一台定压水泵(采用双泵一用一备，自动切换)，任何用户用热水，水流开关(也可采用压力开关)带动定压水泵自开工作，同时利用不锈钢微承压水箱作为换热器，由于水箱本身桶壁换热面积较大，换热效果比
12、各盘管式分户承压系统模式要好很多，运行原理如下列图所示。非承压型集中集热集中工程设计方案：此系统采用集中集热，集中储热，分户计量。太阳能集热系统安装在楼面集热系统为开式、储热水箱放置在楼下或楼上水箱间内，集热系统与储热系统之间形成两个独立循环采用温差和定温相结合循环方式。储热水箱设计成承压系统，供水管路采用支路减压和变径减压相结合方式，有效控制了供水水压，利用冷水压力将热水顶入热用水管网。热水供给采用分户计量，有效得控制了热水资源浪费。阳台壁挂式太阳能热水器小高层、高层优 势：1、实现分户管理分户使用，个性化强，物业无管理麻烦。2、承压水箱，顶水式取水，冷热水压力平衡，用水调节方便。解决了屋顶
13、放置空间邻里关系问题、低层住户开阀门长时间排冷水问题、顶层住户热水压力缺乏问题、通风道排气堵塞性问题等诸多使用方便性和物业管理性问题。3、集热器水箱均不占用屋面，不占用屋面，不影响屋顶防水，不影响后期防水维护，防止影响建筑屋顶造型等建筑风格。4、而且突破了太阳能单机产品自然加热，温度不可控温难点，保证了承压水箱室内放置平安。从技术性方面很好解决了防冻性问题和过热性问题，建筑南立面开发利用也为太阳能产品与建筑一体化梦想提出了一个创新结合思路。5、集热盒采用模具化铝合金拉伸料，支架采用铝合金拉伸料型材，实现了集热器扁平化设计，重量更轻，载荷要求更低，结合更容易；外外表可根据甲方建筑风格颜色做喷塑处
14、理，可很好与建筑整体效果相结合。6、在太阳能水箱内设置专用电辅助加热舱，舱体表搪瓷涂层，舱内配有电热器、陶瓷骨架、电控器等装置，电热器以陶瓷作为骨架与周围空气及舱体隔离，是北京桑宝金太阳公司独有水电别离技术。电热器通过热辐射加热舱内空气，空气热对流加热舱体，舱体通过热传导加热水箱内水。真正实现水电别离，使用更平安。缺点：1、集热器要根据建筑阳台、墙面尺寸来确定合理集热面积与水箱配比，现场条件不同时保持固定配比可能同一栋楼不同住户产水量不同；在现场面积一定情况下，所配水量有一定局限性。需要建筑主体尽量朝南，偏东或偏西不超过10，偏斜角度太大，影响集热器采光。2、集热器与水箱距离不能离得太远，第三
15、代超导类产品距离不超过3500标准尺寸在5002000，过长距离将造成大量热量损失。3、自然循环分体式太阳能水箱必须高于集热器我公司已克制此类缺陷，距离愈大高差越大，才能保证设备正常热传递。在实际布置时，有些情况需要建筑提供一定现场条件。另附阳台壁挂式CAD图纸，详见图纸方案3别墅太阳能热水系统常见设计形式 对于别墅用太阳能热水系统，目前国内别墅太阳能热水系统均采用分体承压二次回路加热方式，这种加热方式具有稳定、可靠、方便等优点。分体承压二次回路系统有很多种类型，且每种类型各有其优缺点，因此需根据别墅热水供给特点科学选择。现列举两种常见太阳能与电加热相结合分体承压二次回路太阳能系统，并分别分析
16、其优缺点。1.太阳能与电加热结合形式一水箱上部单电加热如图1图1 水箱上部单电加热系统示意图太阳能集热器水箱下部换热盘管循环管路循环水泵等构成了一个循环回路。当太阳能集热器吸收太阳光后，太阳能集热器内传热介质被加热升温，被加热升温传热介质通过循环水泵作用流动到水箱下部换热盘管内，从而将水箱下部水加热；水箱下部被加热水温度升高后，自动上升到水箱上部，而水箱上部冷水自动下沉到水箱下部。如此不断，经过将近一天工作，太阳能逐步将水箱内水全部加热。当太阳能缺乏且水箱上部水温低于设定温度时，位于上部电加热自动启动，将水箱上部水加热到需要温度。为了实现全天24小时用热水，水箱上部电加热通常一直处于值班状态，
17、当水箱上部水温低于设定温度时，电加热自动启动，直到将水箱上部水温加热到设定温度后才自动停顿。通过上述分析，可以看出该系统相比照拟简单，本钱相对较低。但存在两个弊病：第一个弊病是，当连续阴雨天没有太阳能加热时，只有水箱上部有热水，而下部为凉水。用户在晚上或早上集中大量地使用热水时，就存在热水供给缺乏问题。当没有热水时，必须等待很长时间，才能将水加热假定电加热功率为3kW，把80kg水从15加热到45需要1小时左右)。这对用户来说显然很不方便。第二个弊病是，为了提高换热能力，换热盘管最好采用铜管。从目前情况看，水箱内胆材料多为钢板外涂高温搪瓷，由于搪瓷外表局部存在微孔，因此铜铁水之间就有可能形成电
18、化学腐蚀，铁为阳极，铜为阴极，由于很大铜阴极对局部很小铁阳极，因此可能会造成水箱局部穿孔漏水。2. 太阳能与电加热结合形式二水箱上下部双电加热如图2图2 水箱上下部双电加热系统示意图与图1区别在于图2水箱上下部各有一个电加热装置。太阳能系统智能控制器会根据水箱下部水温和当天时间自动判定是否启动下部电加热，确保在下午设定时间，水箱下部温度到达需要温度，防止了图1单电加热存在阴雨天热水缺乏问题，但仍存在因电化学腐蚀造成穿孔隐患。与图1相比，图2所示系统在水箱内增加了一个电加热装置，且需要智能控制，因此图2比图1系统本钱要高。为了解决上述别墅太阳能热水系统设计缺陷与缺乏，探索对该系统进展技术优化设计
19、，图3是优化设计原理示意图。图3与图2区别在于图3系统水箱内没有换热盘管，在水箱外部增设了一个换热器。图3系统优点在于防止了图1与图2系统弊病，不存在热水缺乏和电化学腐蚀穿孔问题，且不需要特制太阳能专用水箱，选用带上下电加热普通电热水器承压水箱即可。图3系统缺乏在于，由于需配备外置换热器，并比图1、图2系统多一台循环水泵，因此系统本钱最高，且外置换热器需要占用一定空间。通过上述对图1、图2、图3系统分析，可以看出，图3系统使用效果最好，但本钱也最高；图2系统存在电化学腐蚀穿孔漏水隐患；图1存在热水供给缺乏和电化学腐蚀穿孔漏水隐患等。优化设计后别墅太阳能系统具有以下突出优点： 1.能保证阴雨天时
20、热水充足供给 太阳能本身存在不确定性、不稳定性等缺点。在连续多日阴雨时候，太阳能产生热水量将不能满足使用需求，因此需要采用辅助加热系统。 对于分体承压二次回路太阳能热水系统，如果采用燃油或燃气作为辅助能源，由于其单位时间产生热量大，因此可以瞬时产生出足够热水，以满足使用。但对于采用电辅助加热来说，由于电加热功率不可能太大，不能瞬时产生出足够热水量。该分体承压二次回路太阳热水系统，在水箱上下局部别设置了电辅助加热。水箱上部电加热永远处于值班状态，当水箱上部水温低于设定值时，上部电加热自动启动；当水箱上部水温到达设定值时，上部电加热自动停顿，这样就保证了全天24小时供热水。而水箱下部电加热那么由系
21、统智能控制器自动判定是否需要启动或停顿电加热。 2.充分表达了优先利用太阳能 该系统配置控制器在每天不同时段内定时检测水箱下部温度，在某一时间段内如上午10：0011：00温度达不到设定温度，说明此时太阳能缺乏或用水量过度，将自动启动下部电加热，使其到达设定温度后又自动停顿，使其下部水温在规定时间内如下午6：00用水顶峰期内到达最终需要温度此温度可在控制器上任意设定。该系统能够充分表达优先利用太阳能。 3.不存在电化学腐蚀穿孔漏水等问题 目前，承压水箱内胆主要有两种材料制作，一种是不锈钢板焊接，另一种是钢板焊接后再搪瓷处理。不锈钢板焊缝经高温焊接后，存在晶间腐蚀问题，尤其是在承压状态下，晶间腐
22、蚀速度比常压状态下要快得多。因此，目前多采用搪瓷水箱。 搪瓷内胆电热水器经过多年实际使用，证明是可靠。如果在搪瓷水箱内参加铜换热盘管，由于铁元素比铜元素活泼，铁与铜在水中就有可能形成电化学反响，铁是阳极，铜是阴极。铁会失去电子逐渐被消耗掉。因此，水箱内胆没有被搪瓷覆盖地方就有可能被击穿漏水。从目前国内各厂家实际使用搪瓷水箱情况看，上述电化学腐蚀已经发生，并造成了水箱漏水问题。 鉴于承压水箱属于贵重物品，一旦漏水，必须更换水箱，由此带来经济损失太大，影响也很坏。本来不是太阳能原因造成，也很可能让房地产开发商或用户对使用太阳能热水系统失去信心。 4. 提高了太阳能热水系统效率，产热水量更多 由于该
23、系统采用了高效不锈钢板式换热器，换热效率明显高于铜换热盘管。另外铜盘管换热只是集热器内流动介质与水箱内静止水进展热交换，而板式换热器换热是集热器内流动介质与水箱内流动水进展热交换。别墅太阳能热水工程应用实例分析 水箱上下部双电加热与外置换热器太阳能热水系统已在福州山姆小镇一期200套别墅中安装运行了三年多时间，并得到了辉煌公司认可。该别墅太阳能热水系统工程已被列为联合国UNF太阳能与建筑一体化示范工程之一。 为了防止洗浴时放掉过多冷水即水不热问题，供热水管路还可以设计成循环系统，洗浴时当热水管道温度低于洗浴要求温度时，智能控制器自动翻开热水循环水泵，强制管道内水循环，保证管道温度始终到达洗浴要求温度。4 福州山姆小镇别墅热水系统运行原理图别墅太阳能热水系统优化设计体会：1.太阳能热水系统设计应表达优先利用太阳能原那么，保证热水供给可靠性，因此需要考虑控制器智能自动控制。2.太阳能热水系统布局与摆放方式应设计巧妙，以解决太阳能系统布局与摆放与别墅建筑物相协调问题，并考虑节点处理问题。 3.太阳能热水系统设计应与建筑工程设计同步进展，前期为安装太阳能预留管线、预埋件等应到位，以方便后期太阳能热水系统安装。4.应实现太阳能设备与关键配件标准化设计与生产，只有实现了标准化设计与生产才能保证别墅太阳能热水系统质量。