太陽能采暖系統方案書工程名稱：太陽能采暖系統方案設計單位：上海暖嘉供熱工程地址：上海市場中路3658弄39號：400-021-1202設計時間：2023年6月10日工程編號：NJ2023060101、工程概述與要求1.1某辦公樓，面積5800平方米。現設計用供熱局部為太陽能系統輔助熱源采暖。鑒于該太陽能采暖系統用于某辦公樓特點，方案設計應充分考慮以下問題：1.2系統應保證全天24小時供給采暖，以方便使用和管理；并考慮在采暖用量突然顯著增多的特殊用水情況下，確保采暖的供給；1.3系統應配置輔助加熱設施，以解決陰雨天或太陽能缺乏時的采暖供給問題；同時應優先利用太陽能加熱，以到達節能降耗的目的；1.4應結合系統所處地域特點，考慮冬季防凍等相關問題；1.5在保證質量及使用要求前提下應盡可能降低造價，提高系統性價比。2、系統根本設計2.1根據改地區全年氣溫溫差大的特點，選用熱效率高、經濟實惠的玻璃-金屬真空管式太陽集熱器。2.2采用太陽能與聯合供采暖的系統方案，并優先利用太陽能。當陰雨天或太陽能缺乏時，用采暖系統輔助加熱補充采暖，并充分利用太陽能，最大限度地減少用氣量，降低運行費用。2.3太陽能系統設計為直流式定溫放水太陽采暖系統，到達充分利用太陽能。直流式系統分虹吸式和定溫放水型。定溫放水型特別適合大型太陽能采暖裝置，布置也較為靈活，缺點是要求性能可靠的電磁閥和控制器，從而使系統較為復雜，在當前的技術條件下，值得推廣。直流式采暖系統按控制方式有3種：一是流量控制式，適用于大面積系統。當水壓缺乏時為克服管道阻力可在系統中參加小型水泵。二是溫控閥控制式(或膨脹閥控制式)適用于小面積直流采暖系統。該系統因不用常規能源又獲得較多的系統效率而得到用戶的歡送。三是電磁閥控制式，大小面積都適用，但還未有專用電磁閥。2.4冬季管路防凍采用低溫時水泵自動循環和自限溫伴熱帶自動啟動的雙重防凍設計，防止管路結冰凍壞。2.5采用工業級CPU可編程電腦控制器，實現太陽能系統的全自動化、智能化，確保控制系統的可靠性，實現自動化運行，并可以根據用戶的實際需要修改控制程序，使太陽能系統實現真正意義上的全自動控制和智能化管理。2.6采暖供給采用變頻增壓循環供水方式，為了減少采暖循環的熱損失，在采暖回水末端加裝一個可根據管道水溫自動控制的電磁閥。當管道溫度低于40℃時，電磁閥自動翻開；當采暖循環使管道水溫到達綜上所述，不同類型的產品各有其優缺點。我們認為：選擇全玻璃真空管太陽集熱器比擬適宜，熱效率高，經濟實用，是目前國內市場普遍使用,生產成熟的產品。3、系統運行原理系統運行原理如上圖所示。3.1正常情況下，太陽能定溫加熱在光照條件下，當太陽集熱器內水溫到達設定水溫時〔可在0～100℃之間任意設定，一般設定在45～55℃之間〕，電腦控制器使供冷水電磁閥自動翻開，自來水進入太陽集熱器底部，同時將太陽集熱器頂部到達設定溫度的采暖頂入儲采暖箱；當太陽集熱器頂部水溫低于設定溫度時〔一般定在40～45℃之間〕，電腦控制器使供冷水電磁閥自動關閉。如此運行，不斷將到達設定溫度的采暖3.2儲采暖箱滿水位時，太陽能溫差循環加熱當儲采暖箱水滿時，為了防止水滿溢流，電腦控制器使太陽能系統自動轉入溫差循環。當太陽能集熱器水溫高于儲采暖箱水溫時，循環水泵自動啟動，將儲采暖箱內較低溫度的水泵入太陽能集熱器繼續加熱，同時將太陽能集熱器內較高溫度的采暖頂入儲采暖箱。通過使儲采暖箱水溫升高的方法儲存太陽能集熱器吸收的太陽能。當用戶使用采暖，使儲采暖箱水位下降后，電腦控制器使太陽能系統自動轉入定溫加熱。3.3太陽能缺乏時，自動啟動輔助加熱電腦控制器將隨時監測儲采暖箱水溫，當水箱水溫達不到使用要求時，自動啟動燃氣采暖器并聯系統加熱，以保證采暖供給。3.4儲采暖箱水位控制PLC控制器將隨時監測儲采暖箱水位。在天氣正常的情況下，儲采暖箱的水位在一天中不同的時間將到達不同的水位。如果在某一時間內，儲采暖箱的水位沒有到達正常的水位，說明太陽能產采暖缺乏或用戶用采暖過度，此時，PLC控制器使輔助加熱自動啟動，當到達正常水位時，PLC使輔助加熱自動停止。3.5儲采暖箱水溫控制當由于循環散熱等原因，使儲采暖箱的水溫低于設定值時〔一般應設定在45～55℃之間〕，PLC控制器會自動根據情況選擇加熱方式。當太陽能正常時，自動啟動太陽能循環水泵，通過太陽能加熱儲采暖箱內的水；當太陽能缺乏時，自動啟動燃氣采暖器并聯系統輔助加熱，加熱到設定溫度，輔助加熱自動停止。3.6用采暖采用變頻恒壓循環供采暖方式，減少電能的消耗。3.7系統遠程監控控制器可以和智能結合使用顯示太陽能系統的水箱水溫及水量。3.8某辦公樓太陽能采暖系統設計特點。3.8.1系統平安可靠。充分考慮了防風、防雷、防凍、抗冰雹、防漏電、防高溫，保證系統平安。優先和充分利用太陽能。電腦控制器會根據天氣情況準確計算輔助加熱啟動時間，以最大化利用太陽能，節約常規能源；燃氣采暖器并聯系統輔助加熱補水通過太陽集熱器，即使在陰天太陽能只起一點作用時，也能將其充分利用起來。3.8.3CPU智能控制，全自動運行。采用工業級CPU，運行穩定可靠；具有計算功能，準確計算輔助加熱啟動時間，充分利用太陽能；可實現遠程監控及程序升級；可顯示水溫、水量太陽能運行狀態、故障信息。3.8.4設計了暖氣換熱系統，節約燃氣。經計算，換熱熱量不影響采暖；優質板換換熱，只要有5℃3.8.5設計了應急操作系統。保證維修期間的采暖供給，如果太陽能系統出現問題，可以啟動應急操作系統，保證維修期間采暖供給。3.8.6采暖供給采用變頻技術。保證采暖恒壓供給，同時節約電能消耗。4、太陽能采暖系統設計計算4.1設計計算某辦公樓供暖面積5800平方米。4.2.1設計小時采暖量式中:QUOTEqrh-----設計小時采暖量，L/h；QUOTEQh-----設計小時耗熱量，W；QUOTEtr-----設計采暖溫度，QUOTEtr=55℃QUOTE。C；QUOTEtl-----設計冷水溫度，QUOTEtl=4℃；QUOTErr-----采暖密度，r=0.986kg/L；計算得：QUOTEqrh=16558.1L/h4.2.2全天供給采暖系統的采暖循環流量QUOTEQs1.163?t式中:----全日供給采暖的循環流量〔L/h〕；-----配水管道的熱損失〔W〕，取設計耗熱量的5%；-----配水管道的采暖溫度差，取5℃；計算得：QUOTEqz=8326.4L/h。4.2.3管路直徑、流速、及水力損失[5]根據水管的設計流量，取管路直徑=0.02m，流速取v=1m/s,那么管路單位長度損失Re=25062<100000；采用勃拉休斯〔Blasius〕公式0.025；單位長度的沿程阻力損失：=628.67Pa/m;4.2.4太陽能集熱面積確定太陽集熱器選型目前國內使用的太陽集熱器類型主要有真空管型太陽集熱器、平板太陽集熱器、熱管真空管太陽集熱器等。真空管式太陽能集熱器防凍性差，中低溫條件下效率高，造價低。真空管太陽集熱器防凍性好，集熱效率高，造價較低，但存在炸管泄漏的可能。熱管真空管集熱器可在-50℃條件下使用，但熱管換熱效果差，且使用效果直接受到熱管本身質量和壽命的影響，局部熱管出現質量下降和衰減問題，不容易被發現，且本錢高。綜合考慮：根據張家口查[6]，可得張家口全年的平均日照輻射量，氣溫等參數如以下圖所示全年平均氣溫ta=7.8℃；年平均輻照量為Jt=13.784MJ/(M2·d)；采暖水管進口溫度ti=tl/3+2*tr/3=41.3℃；年平均日太陽福照度為G=QUOTEJt(Sr×3600)歸一化溫度；選用HUJ16/2.1能效方程為η*-0.00356T*2知全年各月的熱效率如下：月份123456789101112斜面效率0.660.700.710.740.760.770.790.780.770.740.720.68所以QUOTEηη=0.733集熱面積式中：Ac接系統太陽集熱器的采光面積，m2；Qw—日均用水量；Cw—水的定壓比熱容，取4.186KJ/〔kg·℃〕；tend水箱內水的終止溫度，取60℃；ti—水的初始溫度，取4℃；f——太陽能保證率。取0.45,[6];JT—太陽輻照量。據表1取13.784MJ/(M2·d)ηcd—陽集熱器效率。據表2應取0.733；ηL——管路及貯水箱熱損失。考慮到貯水箱在室內，取0.2；計算得：Ac=680.7m采光面積補償：AB=Ac/RB其中RB為采光面積補償率，取0.98,[6]AB=694.6m太陽能集熱系統循環流量q=BLQUOTE×AC=0.05694.6=34.75L/s4.2.5集熱器前后排之間的日照距離D的計算因系統全年使用，赤緯角按照春秋分考慮，即δ=0°緯度=42°時角按照9:00考慮，即QUOTEω=〔-3〕*15=-45°集熱器的方位角QUOTEγγ=0°集熱器的管子長度L=2.29m集熱器傾角β=那么太陽高度角QUOTEα：=0.525那么=31.67°那么太陽方位角那么太陽方位角=-56.1°對計算時刻太陽光線在水平上的投影與集熱器外表法線在水平面上的投影線之間的夾角-56.1°集熱器高度可定為管子長度在法線上的投影H=L*sin〔β〕=2.29*sin42°QUOTE42°=1.53m考慮到安裝誤差及墊底厚度H’=1.1H=1.68m集熱器前后排之間的日照距離1.52m，取為1.5m。5、設備選取[6]5.1太陽能型號：HUJ35/2.1，詳細參數如下L/mmDw/mmH/mmDNL1總面積采光面積真空管根數真空管規格2290151611015603.471.7635582100由總集熱面積知，共需20噸，面積約400m25.2控制系統采用暖嘉智能控制柜，功能有保溫水箱水溫水位顯示、集熱器水溫顯示、自動上水、輔助電加熱控制、溫差循環、室內管路循環、防凍循環。5.4儲采暖箱對于太陽能采暖系統，由于太陽能資源的不確定及不穩定性，不可能全天24h滿足設計小時用水量的要求。為滿足使用要求，根據實際情況，考慮儲采暖箱水量、太陽集熱功率和用戶用水量之間的關系，設計水箱容量為1個最大小時用水量，必能滿足用水量的要求。水箱的有效容積20m3按[8]每平方米太陽能集熱器儲采暖箱體積為30~100L/m3,取平均值70L/m3，那么水箱體積Vk=70*AB=20m3綜上可取水箱總容積Vk為20m3太陽能采暖系統宜設置兩個貯采暖箱,太陽能采暖先進入貯采暖箱(罐)，輔助加熱設備設置在供采暖箱旁，利用太陽能將冷水預熱，再送入供采暖箱,由輔助熱源加至設定溫度。太陽能采暖系統采用的泵，分集熱系統循環泵、采暖供給循環泵和給水泵，均應符合現行產品標準的要求。[7]在滿足系統流量和揚程的條件下，應選擇節能型泵。宜選擇低噪音泵，并采取必要的防震降噪措施。泵的工作溫度應符合系統最高工作溫度的要求。泵與傳熱工質應有很好的相容性。該泵的流量即為系統設計采暖量=16558.1L/h,即16.6m3/h。揚程只考慮位置高度、沿程損失、局部損失以及配水最不利點所需的流出水頭采暖系統循環泵。該泵的流量即為采暖系統的循環量=8326.4L/h,即8.3m3/h。水泵揚程，僅考慮循環水量通過配水管、回水管的水頭損失水泵的選擇：選擇暖嘉專用水泵3M-3S-3P參數及特性應用行業:生活供水采暖暖通普通工業農業流量:6～132m3/hr揚程:6～72m介質溫度：-10℃～90℃〔標準型〕-20℃～110℃〔H環境溫度：最大+40最大工作壓力：1.0MPa電源：3相/380V/50Hz電機轉速：2900r/min,1450r/min5.5管道、配件、保溫樓頂循環管道采用國標PPR管。PPR管滿足集熱系統的耐溫、防腐要求，且施工效果規整美觀；配件為PPR件，以消除配件夾層氣孔及沙眼現象，杜絕本體滲漏情況發生。聚乙烯保溫管用于室外管道的保溫。聚乙烯保溫管是一種化學交聯獨立氣泡聚乙烯高發泡體，它采用先進的發泡技術，把聚乙烯經過化學架橋和高倍率發泡〔二次發泡〕得到的，具有相當微細的獨立氣泡結構，它用于采暖器上下水管的外層保溫。聚乙烯保溫管具有以下特性：6、經濟性分析生產一噸采暖不同能源費用數據比照表現以加熱1噸水為例，自來水按15℃加熱至55℃計算，需要40000Kcal的熱量。采暖設備熱泵數值熱源單價運行本錢電鍋爐40000÷(860kcal/kwh×95%)=49.00kwh1.00元/kwh49.00元柴油鍋爐40000÷(10200kcal/kg×85%)=4.62kg7.80元/kg36.04元液化氣鍋爐40000÷(10800kcal/kg×80%)=4.63kg7.00元/kg32.41元天然氣鍋爐40000÷(8600kcal/kg×88%)=5.28m34.30元/m323.00元太陽能/00元7、安裝考前須知[7]7.1集熱器安裝集熱器擺放位置應符合設計要求，安裝傾角誤差為±3°，并與鋼結構支架連接牢固，且要留出檢修保養通道。集熱器與集熱器之間的連接應做到密封可靠、無泄漏、無扭曲變形。集熱器之間的連接件，應便于拆卸和更換。所有集熱器安裝完畢后應進行檢漏試驗，檢漏試驗應符合設計與GB50364的相關規定。真空管集熱器的聯接管〔聯箱〕安裝完畢后才能安裝真空管。為到達防凍目的所采用的排空系統，應保證集熱器中的傳熱工質順利排空。集熱器之間連接管的保溫應在檢漏合格后進行，保溫應符合GB50185的相關規定。連接方式：采用串并聯的混聯方式，即將串聯成單體的集熱器在并聯成單體陣列。7.2儲水箱安裝儲水箱安裝位置應符合設計要求，與其基座牢固連接。儲水箱四周應留有檢修通道，頂部應留出檢修口，周圍應有排水措施，水箱排水時不應積水。排水通道或排水管應設計合理，采暖排出時，應防止采暖燙壞建筑物或破壞周圍環境，注意該排水管不要和其他不耐高溫的管道連接。儲水箱和支架間應有隔熱墊，不宜直接剛性連接而增加熱損，安放好的儲水箱應固定在支架上。7.3防凍保溫按照GB/T18713-2002執行對該直流系統，在集熱器不滿足抗凍要求的情況下，尤其是晚上，可將系統中的水或系統室外局部的水排放，可采用手動閥，也可采用具有防凍功能的溫控系統。在冬季開始運行時，可先引入鍋爐中的采暖，對太陽能采暖器預熱。7.4防雷：7.4.1儲水箱的接地可以利用以下自然接地體：埋設在地下的沒有可燃及爆炸物的金屬管道、金屬井管、與大地又可靠連接的建筑物的金屬結構；7.4.2接地裝置宜采用鋼材，接地裝置的導體截面積應符合熱穩定和機械強度的要求7.4.3接地體的連接應采用焊接，焊接必須牢固無虛焊，連接到水箱上的接地體應采用鍍鋅螺栓或銅螺栓連接。儲水箱應進行防腐及保溫處理。7.5輔助熱源供熱鍋爐及輔助設備的安裝應符合GB50242的相關要求。7.6管件7.6.1采暖系統的管道材料應采用適應采暖要求的復合管、金屬管、塑料管等；7.6.2管道的工作壓力應按相應溫度下的允許工作壓力選擇；7.6.3管件宜采用和管道相同的材質；7.6.4定時供采暖的系統不宜采用對溫度變化較敏感的塑料管；7.6.5設備機房內的管道不應采用塑料采暖管；7.6.6管道坡度應符合設計規定，排空系統不得有反坡存在；7.6.7溫度控制器及閥門應安裝在便于觀察和維護的地方；7.6.8管道的最低處應安裝泄水裝置，最高點應設排氣閥或排氣管；7.6.9采暖供給管道應盡量利用自然彎管補償冷熱伸縮，直線段過長那么應放置補償器，補償器8、參考資料[1]、GB/T12936《太陽能熱利用術語》[2]、GB50015-2003《建筑給水排水設計標準》[3]、GB50364-2005《民用建筑太陽能采暖系統應用技術標準》[4]、《大中型太陽能采暖器研究與利用》謝列先《廣西節能》2001〔3〕[5]、GB18713-2002《太陽能采暖系統設計、安裝及工程驗收技術標準》[6]、06SS128《太陽能集中采暖系統選用與安裝》[7]、《廣東省太陽能采暖系統通用技術標準》[8]、《太陽能采暖系統手冊》袁家普主編北京化學工業出版社2023.12[9]《太陽能采暖系統與建筑一體化的實踐工程案例暖嘉案例，歡送參觀指導內蒙古自治區深城投房地產內蒙古烏海市海勃灣區市檢察院西側杭州東海大黃魚杭州市江干區新塘路33號三新大廈浙江店口金城大酒店浙江省諸暨市店口鎮江蘇靖江嬰兒游泳館江蘇省靖江江平路149號上海隧道工程股份上海市長壽路299號上海心馨賓館上海黃浦區溪口路13號上海陽陽浴室上海市延吉東路557號上海流源休閑洗浴中心上海奉賢平安鎮上海喜洋洋浴室上海寧夏路528號上海海航集裝箱配件上海施新路990號上海春研美容上海博樂路233號江蘇溧陽天目湖國際大酒店江蘇溧陽天目湖鎮瑪拉娜塔貿易〔上海〕上海水城南路51弄12甲上海景燦休閑效勞上海太倉路58號賓館上海在水一方餐飲管理上海番愚路222弄