1、高層建筑太陽能聯合空氣源熱泵熱水系統技術導則云南省住房和城鄉建設廳二0五年八月、八 刖言云南省具有太陽能建筑利用優越的自然條件和良好的傳統習慣。隨著國家城鎮化的發展，高層建筑日益成為大中城市建筑的主流。 高層建筑太陽能的光熱利用，其屋面面積有限，宜采用集中式太陽能 系統，并配之以空氣源熱泵，可以獲得較為理想的節能效果。為促進云南省高層建筑的太陽能熱水系統的利用，進一步提高 云南省太陽能利用的整體技術水平，在總結云南省科研院所和廣大企 業的科學研究、科技開發和工程實踐的基礎上，編制本導則。主編單位：云南東方紅節能設備工程有限公司參編單位：昆明理工大學太陽能工程研究所起草人員:刖言11. 符號與單

2、位42. 技術總則62.1. 太陽能與建筑一體化設計原則 622太陽能利用優先原則623相關技術標準63. 熱水量設計83.1. 熱水定額標準832熱水量計算94. 熱水系統總體設計114.1. 系統構成與選擇114.2. 熱水箱設計164.3. 集熱器面積計算164.4. 熱泵容量設計 175. 系統防凍設計195.1. 系統防凍方式選擇195.2. 工質防凍方式設計 205.3. 循環防凍方式設計 215.4. 排空防凍方式設計216. 熱水供給與回水系統設計 246.1. 設計總則2462供水系統管徑的設計2463供水系統的減壓 2564供水系統的回水257. 太陽能與建筑一體化設計 2

3、77.1. 建筑屋面的規劃設計原則要求2772熱水系統的建筑一體化設計 281. 符號與單位A集熱系統設計米光面積，川；Ac'太陽能集熱器實際安裝面積，m2C 水的比熱容,4.18kJ/（kg - C）;d 管段直徑，mf 太陽能保證率，一般取70%左右比較經濟，若集熱器安裝面 積受到限制，應不低于50% ;f'按太陽能集熱器的實際安裝面積核算的太陽能保證率Jt 集熱器受熱面上年平均日輻照量，kJ/ m d ；Kh 熱水用水小時變化系數，見表 2-2表2-4Kj 輔助能源容量系數N 設計用熱水計算單位數（人或床），對于住宅，可按 35 人/戶、入住率60 %80 %計算qh 最

4、大小時用熱水量，m hq一熱水定額，見表2 1, L/d人（床）Qd 系統日耗熱量，kJ /dQg設計小時供熱量，kJ /h , kwQj 系統平均小時耗熱量，kJ/hQw 設計日用熱水量，m3 dtr 設計熱水溫度，C ；tl冷水初始溫度，C ；T 設計小時耗熱量持續時間，T = 2 4h。v 管道設計流速，m/s。乂 一熱泵加熱專用水箱的容積或熱泵與太陽能混合加熱水箱的 熱泵上循環口之上的水箱容積，m3 ；W 計算管段的設計流量，m3 / s水的密度，可取1000kg/m3 ；有效貯熱容積系數，可取 0.90.95 ;cd 集熱器的全日集熱效率，一般為 0.400.55，太陽輻射強、 氣溫

5、高時較大，反之較小。在此應該取全年的平均數L 管路及儲水箱熱損失率，與水箱大小、管路長短、保溫情況和氣溫等有關，一般為0.20.32. 技術總則2.1. 太陽能與建筑一體化設計原則太陽能熱水系統應當納入建筑規劃設計，即與建筑同步規劃設 計，同步施工，同步驗收，同時投入使用。太陽能熱水系統與建筑同步規劃設計， 應當把太陽能熱水系統反 映在建筑規劃設計的成果文件中，包括設計效果圖、屋頂平面圖、施 工圖等。2.2. 太陽能利用優先原則建筑設計應當充分考慮太陽能的有效利用， 太陽能與熱泵的結合 應當充分考慮優先利用太陽能，熱泵的應用應當盡可能避免影響太陽 能的有效利用。2.3. 相關技術標準對于高層建

6、筑太陽能與空氣源熱泵結合的系統，目前的主要技術規范如下：（1）GB/T 18713-2002太陽能熱水系統設計、安裝及工程驗 收技術規范（2）GB/T 20095-2006太陽能熱水系統性能評定規范（3）GB/T 26973-2011空氣源熱泵輔助的太陽能熱水系統（儲水箱容積大于0.6m3）技術規范（4）GB/T 29158-2012帶輔助能源的太陽能熱水系統（儲水箱容積大于0.6m3）技術規范（5）GB/T 29160-2012帶輔助能源的太陽能熱水系統（儲水箱 容積大于0.6m3）性能試驗方法（6） GB/T 28737-2012太陽能熱水系統（儲水箱容積大于0.6 m3）控制裝置（7）G

7、B 50364-2005民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范（8）GB/T 50604-2010民用建筑太陽能熱水系統評價標準（9）GB/T 21362-2008商業或工業用及類似用途的熱泵熱水 機（10）GB/T 6424-2007平板型太陽能集熱器（11）GB/T 17581-2007真空管型太陽能集熱器（12）GB/T 26974-2011平板型太陽能集熱器吸熱體技術要 求（13） GB/T 4271-2007太陽能集熱器熱性能試驗方法（14）GB/T 17049-2005全玻璃真空太陽集熱管（15）DBJ53 - 18 2007太陽能熱水系統與建筑一體化設計施工技術規程（云南省工程建設地

8、方標準）3. 熱水量設計3.1. 熱水定額標準熱水設計定額按建筑給水排水設計規范GB50015-2003 （2009 版）和民用建筑節水設計標準GB50555-2010規定。一般應按民 用建筑節水設計標準設計，設計定額如表 3-1。表3-1熱水平均日節水用水定額序號建筑物名稱節水用 水定額單位1住宅有自備熱水供應和淋浴設備 有集中熱水供應和淋浴設備20 6025 70L/人dL/人d2酒店式公寓65 80L/人d3宿舍I類、U類 川類、W類40 5535 45L/人dL/人d4招待所、培訓中心、普通旅館設公共廁所、盥洗室設公共廁所、盥洗室和淋浴室設公共廁所、盥洗室、淋浴室和洗衣室設單獨衛生間、

9、公用洗衣室20 3035 4545 5550 70L/人d L/人d L/人d L/人d5賓館客房 旅客 員工110140 35 40L/床位dL/人d6醫院住院部設公共廁所、盥洗室設公共廁所、盥洗室和淋浴室病房設單獨衛生間醫務人員門診部、診療所 療養院、休養所住院部45 7065 90 11014065 90 3590 110L/床位d L/床位dL/床位dL/人班 L/人次L/床位d7公共浴室淋浴淋浴、浴盆桑拿?。茉?、按摩池）35 4055 7060 70L/人次L/人次L/人次8辦公樓510L/人班注：1.熱水溫度以60C計；2. 選用居住建筑用水定額時，應考慮相應地區、城市規模和住宅

10、類型的生活用水定額取值，即三區中小城市取低值，一區特大城市取高值。云南省屬于二 區，中小城市取中下值，大城市和特大城市可取中間或中間偏上值。3. 宿舍按條件分為IW類，1類、U類分別指單人間和兩人間，具有獨立的衛生間；川類、W類分別是指34人間和68人間。3.2. 熱水量計算(1) 確定熱水設計溫度無論太陽能加熱還是熱泵加熱，其熱效率均隨著加熱溫度的升高 而降低。因此，太陽能與熱泵結合的熱水系統，其熱水設計溫度不宜 過高，擬以50C55 C為宜。對于高層建筑，考慮熱水管道較長， 散熱較大，熱水設計溫度取 55 C較為合適。然而，表3-1給出的熱 水定額是按60 C為標準的，如果按55 C設計，

11、應進行折算。若按冷 水溫度15 C計算，則折算系數為1.125。即表3-1給出的60 C熱水 定額，乘以折算系數1.125，即折算為55 C的熱水定額。(2) 設計日用熱水量Qw=qN/1000m3/d(3 1)(3) 最大小時用熱水量qh = KhQw，m3,h ;(3 2)式中Kh取值見表3-2表3-4表3-2住宅熱水用水小時變化系數Kh居住人數WOO15020025030050010003000為000Kh5.124.494.133.883.703.282.862.482.34表3-3旅館熱水用水小時變化系數Kh值床位數<150300450600900羽200Kh6.845.614

12、.974.584.193.90表3-4醫院熱水用水小時變化系數Kh值床位數<5075100200300500羽000Kh4.553.783.542.932.602.331.954. 熱水系統總體設計4.1. 系統構成與選擇太陽能與熱泵結合的系統，可以分為單水箱系統和雙水箱系統。 總體上說，單水箱系統較簡捷，但冷熱水混水較嚴重，熱泵加熱對太 陽能利用效率的影響較大，這種系統適合于系統規模較小的情況， 如 圖4-1 ;雙水箱系統復雜一些，但可減輕冷熱水混水，可以減輕以致 消除熱泵加熱對太陽能的影響。雙水箱系統又可分為兩水箱集熱和單水箱集熱兩類。兩水箱集熱 的系統，其中低溫水箱和高溫水箱的下部

13、均供太陽能集熱儲熱之用， 高溫水箱上部供熱泵加熱，如圖 4-2、圖4-3 ;單水箱集熱的系統， 一般設置一大一小兩水箱，分別作為太陽能集熱水箱和熱泵加熱水 箱，如圖4-4。雙水箱系統循環及基本配置如表 4-1。表4-1雙水箱太陽能-熱泵系統循環與基本配置原則系統 形式太陽能集熱循環方式及基本配置兩水箱 集熱兩水箱聯合集熱循環， 原則上應采用強制循 環，可得到較好的綜合 性能。如圖4-2兩水箱分別集熱循環，各自水箱對 應的集熱器與加熱容積相匹配，可 選用自然循環方式或強制循環方 式。如圖4-3單水箱 集熱分為熱泵加熱專用水箱和太陽能集熱專用水箱，熱泵加熱 水箱為供熱水箱，集熱水箱為預熱水箱；兩水

14、箱的配比約 為3:71:2 ;循環方式可選用自然循環方式或強制循環方 式。如圖4-4«s«下旳系統說明：熱泵下循環口一般位于水箱下部0.40.5高度位置，上循環口位于0.60.7高度位置；太陽能集熱循環的上循環口比熱泵上循環口略低。系統屬于帶有自然循環功能的強制循環系統系統說明：熱泵上循環口上方的水箱容量占水箱總容積的20%25%，下循環口上方的水箱容量占水箱總容積的 35%40% ;太陽能集熱循環的上循環口比熱泵上循環口略低上A下環十第自秋系統說明：熱泵上循環口上方的水箱容量占水箱總容積的20%25%，下循環口上方的水箱容量占水箱總容積的 35%40% ;低溫熱水箱的集熱

15、器面積與其水箱容積相匹配，高溫熱水箱的集熱器面積與熱泵上下循環管的中點以下的水箱容積相匹配； 高溫熱水箱的太陽能集熱循環的上循環口比熱泵上循環口略低。下猜環管真空曾集熱翻系統說明：兩水箱分為熱泵加熱水箱和太陽能集熱水箱，容積比例約為3:71:2;太陽能集熱水箱的容積應與集熱器面積相匹配42熱水箱設計421.熱水箱的容量，原則上應不小于設計日用熱水量；熱水 箱的容量還應與集熱器面積相匹配， 對于與熱泵結合的系統，其容量 應比純太陽能熱水系統大15%25%。4.2.2. 集熱循環的上循環管口應該低于熱泵循環的上循環管口，且高于熱泵循環的下循環管口。4.2.3. 熱泵上循環管口以上的熱水儲量應該相當

16、于日供熱水量的 20% 25%。4.2.4. 雙水箱之間的連接應采用自低溫水箱上部至高溫水箱下 部的串聯連接，如圖4-2圖4-4，連接管徑應當比集熱強制循環管 管徑、供熱水管管徑大12號。4.2.5. 供熱水口應在保證不吸空的前提下，盡可能高一些，以 保證儲備熱水的有效利用。4.3. 集熱器面積計算集熱器面積計算按民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范GB50364 2005 進行對于直接式系統：AcQwC(tr 7i)fJt cd (1 - L )(4-1)對于間接式系統，按直接式系統計算后進行修正即可。如果集熱器實際安裝面積與設計采光面積相差較大，可反算其太陽能保證率：A'c Jt n

17、d(1 - n) f 二QwC'(tr-ti)(4-2)4.4. 熱泵容量設計系統日耗熱量Qd 二 Qw(tr 7)C'，kJ/d(4 - 2)系統平均小時耗熱量Qj 號,kJ/h(4-3)設計小時耗熱量Qh= KhQj, kJ/h(4 4)對于一般容積式加熱裝置，設計小時供熱量通過下式確定：Qg 二 QhVr(tr - ti )Cw ?kJ/h(4 5)3對于式(4 5),取 cw= 418kJ/(kg 9) , POOOkg/m，代入式(4-2)( 4 4),并作單位換算，得Qg =1.16()(tr -tl) , kw(4 6)引入輔助能源容量系數:K廠Kh24T Qw(

18、4 7)輔助能源容量系數的物理意義是：當系統全部由輔助能源供熱時，熱水供給時間（24小時）與輔助能源工作時間之比。假設該值為3，則輔助熱源加熱時間為24/3=8小時。一般來說，對于住宅類系統，輔助能源容量系數應該不小于3，即輔助熱源的日工作時間不應大于 8小時。5. 系統防凍設計5.1. 系統防凍方式選擇云南的氣候類型大多數地區屬于氣候溫和地區， 目前常用的防凍 措施大致有以下幾種：（1）選用真空管集熱器，并對室外管道進行保溫。（2）工質防凍方式，即采用間接式系統，用防凍液作集熱器加 熱的工質，再通過工質換熱的方式加熱水箱中的水。（3）循環防凍方式，即檢測集熱器內部的溫度，當集熱器內部 溫度低

19、于設定值時，啟動循環泵，用儲熱水箱中的水置換集熱器中的 低溫水。（4）排空防凍方式，在一定條件下，排空集熱器及其管道中的 存水，保護系統免遭低溫凍壞。以上四種方法，都是云南絕大多數地區常用的、可靠的防凍方法, 具體工程設計中選用何種方法，要綜合考慮工程的其它條件加以選 擇。如自然循環系統，選擇真空管集熱器，利用真空管的防凍功能， 加之室外管路的良好保溫，即可獲得滿意的防凍效果；平板式強制循 環系統，選用循環防凍方法比較方便；如果集熱器的位置高于儲熱水 箱，選用排空防凍方法比較方便；對于綜合要求較高的系統，可以選 擇工質防凍方法。52工質防凍方式設計工質防凍是最完善的防凍方式，是國外太陽能熱水系

20、統應用最多 的方式。此類系統不但防凍，而且具有集熱系統不會結垢，系統壽命 長，水質清潔衛生等優點。系統的不足之處是造價較高，系統工質的 應用壽命不長，需要更換。工質防凍即采用間接式系統，是在系統中設置換熱器構成雙回 路，采用防凍液-水的二次換熱實現太陽能熱水系統的運行。集熱器 與換熱器的熱側構成第一個循環回路，換熱器的冷側與熱水箱構成第 二個循環回路，在換熱器中水箱工質與水的換熱。如圖5-1所示。圖5-1工質防凍系統（外置換熱器）圖5-1所示的系統，其換熱器屬于外置式換熱器，即換熱器是一 個獨立的裝置。外置換熱器一般采用緊湊型的高效板式換熱器，集熱和儲熱兩側均采用強制循環方式，即所謂雙循環。此

21、類系統技術成熟， 適應性強，一般集中式系統均采用此類系統。53循環防凍方式設計循環防凍是通過循環水泵把貯水箱的水置換系統管道和集熱器 中的水，保證系統管道和集熱器內水溫不結冰。此類方法通過檢測集熱器的溫度，當其低于設定值時（一般為 2C5C）,溫度控制器啟動循環水泵運行，當溫度高于某一溫度值 時（一般為6C8C）,循環水泵停止。對于強制循環系統，循環防凍是比較方便的方法，只要在控制器 上增加低溫循環控制即可。不過在低溫循環時容易使得水箱上部的水 溫降低，如果通過電動閥切換控制，在低溫循環時，循環水回流到水 箱下部，就比較理想了。5.4. 排空防凍方式設計排空防凍是通過排空太陽能熱水系統管路和集

22、熱器中的水，達到防止系統凍結破壞的目的。排空防凍的太陽能熱水系統，儲熱水箱一般應低于集熱器，以便 集熱器陣列中的存水能夠回流到水箱中。一般的排空防凍系統如圖5-2所示，在集熱器的最高處安置通氣 閥，安置一個電磁閥與單向閥并聯。當集熱器中溫度低于設定值時， 開啟電磁閥，使得集熱器陣列中的存水回流到水箱中。 這種主動打開 電磁閥的排空防凍系統我們稱之為“主動式排空防凍系統”。主動式排空防凍系統需要啟動電磁閥排空，一旦電磁閥損壞或電路故障，會影響到循環系統的正常運行，甚至使得排空防凍系統失靈。 如此可以采用“被動式排空防凍系統”如圖5-3所示。其方法是把系 統中的單向閥改造成為逆向微導通的“特型伐”

23、，即當循環水泵停止運 行后，特型伐的逆向緩慢地讓流體回流到水箱，如果時間足夠長（如數小時），便可以讓集熱系統中的水全部流回到水箱中，使系統避免 凍結損壞。由于“特型伐”只是逆向“微導通所以對于系統的正常集熱 運行并不會構成影響。當水箱高于集熱器時，增加一個控制水箱，也可以設計成排空防 凍系統，如圖5-4所示。控制水箱其實也是一個浮球控制水箱，只是 浮球所控制的水位之上還要預留足夠的空間以容納集熱系統排空的 水量。選用排空防凍時，系統設計安裝時需考慮系統管路有一定的坡度，以利于水回流排空通暢。通氣閥l!太陽能集熱器圖5-2主動式排空防凍系統太陽能集熱器特型閥圖5-3被動式排空防凍系統 J熱箱儲水

24、丸陽能集熱器控制處箱E±1單向閥電磁閥循環泵圖5-4水箱高位時的排空防凍系統6. 熱水供給與回水系統設計6.1. 設計總則6.1.1. 熱水供給應按建筑給水排水設計規范 GB5015-2003 進行設計，熱水用水點壓力應在 0.050.45MPa范圍內；水溫不高 于75 C,不低于40 C。6.1.2. 熱水供水分區應與冷水供水分區一致，應該盡可能使每個用水點的熱水壓力與冷水壓力大體相等，冷水與熱水的壓力差不宜大于 0.02MPa。6.1.3. 高層建筑的太陽能熱水供給，一般采用重力供水方式， 對于較低層的住戶，供水靜壓力可能超過限定值（0.45MPa ）,應采 取減壓措施。6.1.

25、4. 高層集中式熱水供給，應當設置回水系統，提高熱水用 水的方便性與舒適性。6.1.5. 高層熱水供給的主管道，宜采用變管徑設計，盡可能減 小管道內存水。6.2. 供水系統管徑的設計一般情況下，管道的管徑按下式確定：(6-1)4W也可按表6-2進行選擇或校核表6-2熱水供/回水管管徑管徑(mm)15 -2025 -405080125最大流速(m/s)0.81.01.2流L/s0.14 -0.250.49 -1.262.366.0314.72量M3/h0.50 -0.901.76 -4.548.5021.7153.00熱水供水管管徑不應有過多的富裕量，且宜根據各樓層分區采用 不同的管徑，以便盡可

26、能減小管道內存水和熱量的散失。63供水系統的減壓631.供水的減壓可米用減壓閥，減壓閥可安裝在主管上，也 可安裝在支管上。6.32應注意選擇合適的減壓閥類別，有的減壓閥只能水平安 裝，有的則可水平安裝，也可立向安裝。6.3.3.減壓閥的兩端應設置閥門、壓力表，以便維修、調節。6.4. 供水系統的回水6.4.1. 回水一般應回到熱水箱的下部，如果有多個熱水箱，應 該回到較低溫度熱水箱的下部。6.4.2. 在支管上設置減壓供水的系統，主管回水泵可安裝在屋 面，回水泵的揚程僅需要克服流動阻力即可643.在主管上設置減壓供水的系統，主管回水泵應安裝在與 減壓閥相同的樓層；多級減壓的系統，回水泵應安裝在

27、最低層減壓閥 的樓層；回水泵的揚程應不小于回水泵與水箱之間的高差。6.4.4. 對于住宅類建筑，回水宜分時段進行；對于集中用水時 段，回水系統宜處于待機（工作）狀態；在夜間，回水系統宜處于關 機狀態。6.4.5. 對于多干管、立管的供水一回水系統，回水管道宜采用 同程布置；必要時可在適當位置設置限流調節閥、 溫控閥等確?；厮?溫度的均衡性。6.4.6. 回水管上應該設置單向閥門。7. 太陽能與建筑一體化設計太陽能熱水系統與建筑一體化，簡稱“太陽能與建筑一體化”，是 指太陽能熱水系統與建筑充分結合并實現整體外觀的和諧統一，使用功能有機結合，并使其成為建筑工程的組成部分，做到統一規劃、同 步設計、

28、同步施工和驗收、與建筑工程同時投入使用。7.1. 建筑屋面的規劃設計原則要求7.1.1. 在進行建筑規劃及設計時，應把太陽能熱水系統作為一 個重要的建筑元素，綜合考慮場地條件、建筑高度、容量、周圍環境和太陽能熱水系統設計和安裝的技術要求，合理確定建筑朝向、間距、 群體組合、建筑造型和空間環境，為太陽能的充分利用創造有利條件。7.1.2. 在進行太陽能熱水系統的規劃設計時，應優先把太陽能 熱水系統安置在屋頂上，屋頂應該優先設計為平屋面或南向（或南偏 西向）單坡面，以利太陽能的利用。7.1.3. 在進行建筑設計時，應充分考慮太陽能熱水系統的供水要求，留有足夠的集熱器安裝位置，盡量減少建筑構件對集熱器日照 的影響。平屋面屋頂或斜屋面的集熱器安裝面應該寬敞完整，盡可能避免構筑物、建筑附屬設施等對屋面形成條塊分割。7.1.4. 屋頂上應避免設置影響太陽能利用的裝飾構架，屋頂立 面的構筑物應不明顯影響太陽能的利用； 女