浩通热水器资料库前面给大家介绍了太阳能热水工程开式系统（非承压系统）——单水箱系统（学校用水）和太阳能热水工程开式系统（非承压系统）——24h双水箱系统（宾馆用水）设计方案，今天，热水器资料库继续为大家分析太阳能热水工程闭式系统（承压系统）设计方案，望感兴趣的朋友一起来关注下。

　　太阳能热水工程闭式系统(承压系统)

　　一、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）设计依据和设计标准

　　1、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）工程概况

　　XXX生活热水主要用于淋浴和面盆，分布在地下一层至地上三层。原设计用水量为15吨/天，现有系统热水管道供水管径DN80，回水管径DN50，本系统要求24小时供热水，其中用水高峰时间为11:30～14:00，15:30～16:30。热水水温要求不低于45℃。太阳能热水工程的设备安装位置要求：集热器安装在纪念堂屋顶上檐，离地下一层高度约40米，安装后不影响纪念堂整体外观。换热器、水箱、辅助电加热设备、控制柜等相关辅助设备安装在纪念堂地下一层。最不利的用水点高度为35米。

　　辅助能源：辅助能源采用电锅炉。

　　2、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）设计指标：

　　此方案中，我们选择春分所在月倾斜面上的日均辐照量(19.308MJ/m2)为标准。安装总集热面积为178.4㎡的太阳能集热系统。在设计条件(基础水温15℃，集热效率为0.60，水箱及管道损失为0.10)下,系统在没有外物遮挡的情况下可以将15000㎏温升30℃。

　　3、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）当地气象资料

　　基础水温：15℃

　　太阳辐照资料

　　根据国家气象中心提供的《中国气象辐射资料年册》(2001年)中，北京(区站号：54511;东经：116o28´;北纬：39o48´;观测点海拔高度：31.3m)的月日均及年总辐射数据(单位MJ/m2)：

　　二、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）运行原理及说明

　　我们根据用户要求，结合贵方的实际用水情况，确定采用U型管集热器、远程控制柜(包括传感器)、保温水箱等主要设备，来完成贵方需求的各项功能。

　　1、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）系统原理图：

　　2、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）运行原理

　　(1)、说明：循环泵P，备用泵Pb，温度T,水位L，电磁阀DCF,锅炉B。

　　每个电磁阀前安装过滤器，并安装旁路。

　　(2)、控制要求：

　　集热器温度探头T1;三个储水箱温度探头T2-1,T2-2,T2-3

　　a.温差循环：三个水箱依次循环。

　　储水箱A与集热器的温差循环为先，当集热器的温度T1-1与储水箱A的温度T2-1之差大于5度，即(T1-1-T2-1≥5℃)循环泵P1启动，当两者温度之差小于2度(T1-1-T2-1≤2℃)，循环泵停止循环;当储水箱A内的温度到达50℃时，系统自动转换到储水箱B水箱的集热循环，依次循环。

　　供水：采用变频供水，先以储水箱A为供水水箱，当储水箱A内的水水位L-1低于一个水位时，电磁阀DCF2-1自动关闭，系统自动切换到储水箱B，电磁阀DCF2-2打开。

　　b.辅助能源(电锅炉B)：当水箱A内的水位低于2个水位时，电锅炉B自动切换到水箱B，监测水箱B的温度，若温度低于30度，电锅炉启动，将水加热至30度停止，半小时后系统监测水箱B温度，若水温度低于40度，电锅炉启动，将水箱B内的水加热至40度，停止加热，再过半小时后系统自动监测水箱B内的温度，将水箱B内的温度加热至50度停止加热。当水箱B内的水位到达2个水位时，锅炉自动切换到下一个水箱，进行系统检测加热，依次类推。

　　c.防冻循环：当楼顶管道温度T1-2低于5度时，进行防冻循环，循环泵P1启动。循环到10度停止。

　　e.过热保护：当集热器的温度高于95度时，散热器开始工作将管道温度降至80度。

　　温差循环泵P与Pb一备一用，两台循环泵交替使用，避免水泵工作时间过长，寿命降低。

　　f.军团菌为需氧革兰阴性杆菌，是一种人类单核细胞和巨噬细胞内寄生菌，军团菌喜水、存活时间长，生存的温度为0～60℃，在60℃迅速死亡，系统设计将每周对水进行高温加热至60℃，防止军团菌的滋生。

　　三、太阳能热水工程闭式系统（承压系统）重要项校核计算及说明

　　1、直接系统

　　集热器集热面积

　　2、间接系统的集热器集热面积

　　间接式系统太阳能集热系统和热水供应系统之间通过换热器换热，由于换热器内外存在传热温差，使得在获得相同温度热水的情况下，间接系统比直接系统的集热器运行温度高，集热器效率低，所需的集热器总面积比直接系统大，需要在直接式系统计算基础上进行面积补偿。

　　间接系统的集热器总面积可按式3-25计算

　　3、换热器选择计算

　　选型的主要任务是计算板式换热器有效换热面积，计算如下：

　　热流量

　　对数平均温差

　　当板间流速为0.3～0.5m/s时，可按(水(汽)——水：K=3000～5000;水(汽)——油：K=400～1000;油——油：K=175～400)估计。

　　板间流速

　　流经板式换热器产生的压力降，对于水来说当板间流速不大于0.4m/s时，。具体不同厂家的产品阻力略有不同，具体选型时可乘以1.2的系数，也可跟厂家直接联系沟通数据的准确度。

　　换热器选择注意点：

　　换热器选择时要根据换热量，一次侧进出水温度，二次侧进出水温度进行换热面积的计算，选择时要加上一定的余量，一般都是乘以1.2的系数。

　　换热器选择时一定要跟连接的管路管径相匹配，一般应使管路的管径小于换热器管束的直径。

　　换热器选择时要明确换热器的阻力特性，以便在以后的动力设备选型时准确计算管路阻力损失。一般都要乘以1.2的系数。

　　换热器的流速不宜过大，以使换热充分。

　　换热器串联时，接口尺寸要一致，或者皆比所连接的管子的直径大才合适。

　　4、膨胀罐

　　间接式太阳能热水系统的太阳能集热系统中应设置膨胀罐以吸收由于温度变化所引起的膨胀量变化，膨胀罐前应设置一定容积的冷水容器以防止膨胀的介质直接进入膨胀罐对隔膜或胶囊造成破坏，膨胀罐的容积应在常规计算的基础上扩大至少10%以考虑热媒可能沸腾所需要的容积。在水加热器和止回阀之间的冷水进水管上以及热水回水管的分支管上均应设置膨胀罐。

　　膨胀罐的形式有隔膜式压力膨胀水罐和胶囊式压力膨胀水罐。

　　在实际工程中，我们经常使用的是隔膜式膨胀罐。

　　隔膜式膨胀罐较之普通型膨胀罐的优点有：

　　①隔膜将空气与水隔离开，空气不会被水重新吸收，所以隔膜式膨胀罐不需要定期排水以免水涝发生。

　　②由于没有水涝发生，就不会由于安全阀泄水而补充新鲜水，而由此带来的系统腐蚀问题则会避免。

　　③隔膜式膨胀罐的空气压力可以根据系统注水后的静压调节，使系统加热前几乎没有水进入膨胀罐，因此膨胀罐的体积及重量更小。

　　④预压空气为密封状态，因此膨胀罐(理论上)可以安装在系统任何位置。

　　⑤普通型膨胀罐要求的锅炉接头不再需要。

　　正确选择的隔膜式膨胀罐应该在系统水加热到最高温度时,其压力低于安全阀设定压力0.3巴左右。低于设定压力0.3巴的富余量能防止安全阀泄水。同时也方便将安全阀安装在膨胀罐接口的下端。

　　隔膜式膨胀罐选型的第一步是计算空气预压值，通过公式计算：

　　Pa=Ps+0.3

　　式中：

　　Pa=空气预充压力(bar)

　　Ps=系统静压(bar)，指膨胀罐的接口到系统最高点的这段距离的水柱压力，比如此距离为10.2米，系统静压则为1bar。

　　正确的空气预充压力是膨胀罐入口处的静压，加上系统顶部0.3巴的额外量。在系统注水前，需要将膨胀罐的空气预充压力调节到计算出来的空气预压值。膨胀罐壳体上的充气阀可以实现加气或放气：加气可以通过一个小的空气压缩机或自行车气筒实现，在加气时需要使用一个精度为0.1巴的气压表检测。

　　正确的空气预充压力保证膨胀罐隔膜在系统注水后未加热时完全膨胀到壳体。如果空气预充压力低于计算值，系统在未加热时就有一部分系统水进入到膨胀罐里面，因此当系统加热时膨胀罐的容积不够。空气预充压力不够就等同于膨胀罐容积偏小，会造成每次系统加热时安全阀泄水，这种情况必须予以避免。

　　计算了空气预压值后，可以通过公式2计算膨胀罐最低容积：

　　V=△eXC/1-(Pi/Pf)4-13

　　式中：

　　V——膨胀罐最低容积(升);

　　△e——水加热膨胀系数差，即水加热到最高温度的系数—水冷却时的温度系数;

　　C——系统总水量(升);

　　Pi——起始压力，为Pa+1, 即计算的膨胀罐空气预压值+1bar的大气压(bar);

　　Pf——最终压力，安全阀设定的最大压力+1bar的大气压。

　　水加热膨胀系数‘e’—相对于水温在4℃时体积的膨胀系数

　　5、防过热保护

　　太阳能系统在太阳能辐照量较好的夏季，若用水量持续偏小或不用水，将会造成系统温度过高，系统压力增加。在这种工况下，太阳液(传热介质)稳定性差，同时对太阳能集热器自身的寿命有一定的影响。

　　为了避免这种现象的出现，保障系统的正常运行，在系统中安装了过热保护器。当三个水箱中的温度均超过80℃，太阳能集热器的温度超过90℃时，常开电磁阀DCF5关闭，将太阳能过热保护器串联在集热系统中，进行散热;当三个水箱中有一个水箱中的水温低于80℃或集热系统中的温度低于90℃时，关闭电磁阀。

　　根据以上统计，太阳辐射强度取值1000w/㎡,系统集热面积为178.4㎡,采光面上的辐射强度为178.4KW。集热效率为0.5,则太阳能集热系统收集的热量为89.7KW。

　　查阅2001年5——8月份日辐射量,最大日辐射量为27.82MJ;2002年5——8月份日辐射量,最大日辐射量为27.78MJ。按照该辐射量计算每天的热量分别为2481.54MJ(集热效率为0.5)和2233.38MJ(集热效率为0.5)。根据以上数据选用2481.54MJ为每天的得热量。

　　由上图曲线不难发现太阳能辐射量最大值持续时间均为1天。日辐照量超过26MJ时，持续时间不超过3天;日辐照量超过20MJ，平均值在24MJ左右时(出现在5月份)，持续时间最多10天，此时每天集热系统的平均集热量为2140MJ左右。

　　过热保护设备及方案：

　　过热保护采用空调冷却水箱，冷却水箱尺寸为18m×2.85m×2m。冷却水箱中水位高度1.8m，水箱中水的重量为92.34吨，水温通常为20℃。

　　太阳能集热器得到得热量部分(80%)通过换热器加热冷却水箱的冷水，若再有剩余排放部712MJ，每天排放热水量为：

　　需要排放热水代出的热量为：2140-1712=428MJ

　　冷水温度按20℃，出水温度按80℃计算，每天需要排放的热水量为1.7吨。

　　换热器的型号：

　　散热量为1712MJ，散热温度80℃，冷却水温度20℃。

　　根据换热厂家提供的型号为：LFP-R-0.23。

　　冷却水箱中安装浮动盘管换热器，生活水箱中的水温达到80℃且集热器的温度达到90℃时，打开循环水泵，将生活水箱中的热水通过换热器加热冷却水箱的冷水，达到降温的目的。

　　6、集热器布置说明

　　集热器完全按照与建筑结合的要求，采用钢结构固定在楼顶，与建筑混为一体，集热器分上下两排分布，两台间距为180mm。管道采用紫铜管。

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