太阳能热水系统课程设计计算书
太阳能热水系统设计手册(正文)
第一章概述一太阳能热水系统的组成太阳能热水系统也称为太阳热水装置是一种利用太阳辐射能加热系统中循环的水以取用热量的装置组合，它由集热器、连接管路、储热水箱、水泵和其他配件以及控制部分组成。
目前在市场上广为销售的家用太阳热水器，同样由上述几个部分组成，可以看作是一种特殊类型的太阳能热水系统。
下面就太阳能热水系统的各个组成部分分别进行简单介绍。
1 集热器部分：集热器部分有几个重要的参数对太阳能热水系统有影响：1 真空管支数；2 真空管直径和长度；3 真空管间距；4 联箱阻力特性；5 集热器容水量；6 集热器放置朝向和倾角；2 连接管路部分连接管路部分有几个参数对太阳能热水系统有影响：1 连接管路的材料；2 连接管路的直径；3 管道接头的连接形式；4 集热器的连接形式；3 储热水箱部分：储热水箱部分有几个参数对太阳能热水系统有影响：1 储热水箱容积；2 换热盘管管径、长度及串并联形式及布置位置；3 内部压力；4 保温材料及保温层厚度；5 水箱各进出管口的布置位置4 配件部分：配件部分有几个参数对太阳能热水系统有影响：1 水泵数目、流量和扬程的选取：2 膨胀罐容积及压力的选取；3 阀门的布置；4 温度、压力、流量测点的选择；5 控制部分：控制部分有几个参数对太阳能热水系统有影响：1 单片机2 上位机3 控制软件4 控制方案二太阳能热水系统的基本类型可以按不同的分类标准对太阳能热水系统进行分类。
按循环动力分类：太阳能热水系统可分为自然循环太阳能热水系统、强制循环太阳能热水系统。
按集热器分类：太阳能热水系统可分为普通真空管式太阳能热水系统、热管式太阳能热水系统、U型管式太阳能热水系统、混合式太阳能热水系统。
按介质流动分类：太阳能热水系统可分为直流式太阳能热水系统、封闭式太阳能热水系统。
按集热器布置形式分类：太阳能热水系统可分为串联太阳能热水系统、并联太阳能热水系统、混联太阳能热水系统。
按有无换热器分类：太阳能热水系统可分为间接式太阳能热水系统、直接式太阳能热水系统。
太阳能热水系统设计计算
太阳能热水系统设计计算系统设计内容包括收集安装地点的纬度、经度、海拔高度，太阳能辐射量、温度、风速，家用热水负荷的统计、储热器的计算、太阳能集热器、储热器、循环系统计算。
系统结构连接确定，系统计算机模拟及系统优化设计。
下面以广州地区为例对某一招待所太阳能集中供热系统进行设计、优化、模拟及技术经济可行性分析。
广州的气候和太阳能分布设计的DHW系统位于中国广州一个军队招待所。
广州的纬度和经度分别是23.3°和-113.32°，时区为-9小时，海拔高度为7m，属于亚热带气候，平均年辐射量约1108.0kWh/m2，总的传播辐射量约781.5kWh/m2，平均环境温度是21.9℃，风速约1.9m/s。
通过太阳能辐射量（见表1）可以知道太阳能分布率为0.69，（0.69³100%=69%）,而且与模拟结果（PolSun）一致。
家用热水负荷工程要求：本公寓有12层，25人居住。
每人每天需要45L热水，故每天热水负荷=1125L=1.125m3,在广州来自水源的冷水温度是8℃，热水温度需要55℃（△T=47℃）。
加热需要的能量1m3水=1.16KWh ℃（经验值），则公寓每天的总负荷=61KWh。
45（L/人²天）³25（人/12层）=1125（L/天）Q负荷=1.125（m3/天）³1.16（kWh/m3℃）³（55-8）（℃）=61（kWh 天）考虑家用热水负荷每月的环境，由于季节的变化，冬季冷水的温度以及周围的环境温度通常比夏季的温度低很多。
因此，与在同样条件下的冬季相比，大量的热水才能满足居民的需要。
另外，夏季周围环境热量的损失也比冬季小很多。
所以，在广州，每月DHW的使用在一年内并不是均恒分配的。
夏季民用热水的容量明显比冬季小，每月DHW负荷的变化在模拟中已经考虑（见表格）。
家用热水系统安装的位置见下图。
总的流速达0.8（L/s）。
萍乡地区太阳能计算书--给排水专业
太阳能计算书1、直接系统集热器面积确定Ac=Q w×C w×(T end-t i) ×f×ρ/J T×ηcd×(1-ηL)式中 Ac——直接加热系统集热器总面积（㎡）；Q w——日均热水用量（L）（可按最高日用水量的下限取值），本工程取40L/人·D；C w——水的定压比热容，4.187KJ/K g·℃；T end——储水箱内水的终止温度（℃）；本工程取值60℃t i——水的初始温度（℃）（与J T取值相同月份的冷水平均温度）本工程取值15℃f——太阳能保证率，无纲量（0.4~0.6）；根据系统使用期内的太阳辐照量、系统的经济性及用户的要求等因素综合确定。
本工程取0.45ρ——水的密度。
1.0Kg/L；J T——当地春分、秋分所在月（春、秋季使用）或冬至所在月（冬季使用）集热器采光面上月均日辐射照量KJ/㎡·d查表得J T=11566.67KJ/㎡·dηcd——集热器全日集热效率，无纲量；根据国家标准取值0.46～0.55。
本工程取值0.5ηL——管路及水箱热损失率，无纲量；根据经验取值0.2～0.25。
本工程取值0.20计算得Ac=0.733㎡，本工程宿舍共784人，A c总=0.733×784=574.672㎡2、直接系统集热器面积确定A in=A c总×(1+F r×U L×A c总/K×F Jr)A in ——间接加热集热器集热总面积（m2）F R U L ——集热器热损失系数 [ kJ/( m2·o C·h)]平板型可取 (4 ～ 6) W/ （m2·o C）真空管型可取(1 ～ 2) W/ （m2·o C）具体数值根据集热器产品的实测结果确定K ——水加热器传热系数 [ kJ/( m2·o C·h)]F jr ——水加热器加热面积（m2）Q h=K h×{m×q r×C×(t r- t l)×ρr/86400}Q h ——设计小时耗热量 (kJ/h)M ——用水计算单位数 ( 人数或床位数 ) 本工程取784人q r ——热水用水定额 (L/人·d 或 L/床·d) 本工程取40 L/人·d C ——水的比热， C=4.187(kJ/kg·℃)t r ——热水温度，t r=60(℃)t l——冷水温度 , t r=15(℃)ρr ——热水密度 (kg/L ) ；T ——每日使用时间（ h ），按本规范表 5.1.1 采用；K h ——小时变化系数 , 取3.8Q h =3.8×{784×40×4187×(60－15)×0.98324/86400} =255517.66W=255.518KWF jr= C r×Q h/(€×K×t j)F jr ——换热面积C r——集热系统热损失系数，本工程取1.1€——结垢影响系数，本工程取0.6K ——传热系数，本工程采用导流型容积式水加热器，K=1000 W/ （m2·o C）t j ——计算温度差，本工程取8 o CF jr= 1.1×255517.66/(0.6×1000×8)=58.56 m2A in=574.672×(1+4×574.672/(1000×58.56))=597.22 m2屋面间接系统集热面积最终取值A in=598 m23、户内储热水箱容积V=(50-70)×A inV=50×598=29900L,本工程共宿舍199户，每户户内储热水箱容积V间=29900/199≈150.0L,取值150L。
太阳能热水系统设计(课程设计)
来计算。 1 . 3 场地情况及水电情况 根据实地考察，该用户居住的平顶房，房顶面积及其承载能能力 足以安装太阳能集热器和水箱， 所以太阳能集热器和水箱可以放在屋 顶， 又有房屋周围没有高层建筑物的遮挡， 所以不影响集热器的采光。 当地的水压和电压都非常稳定。 2 系统的设计 2.1 确定系统运行方式和集热器类型 根据用户基本条件、用户的使用需求及集热器与储水箱的相对安 装位置等因素综合加以确定，可按表 1（见附录）推荐的方式选取系
η L — 管路及储水箱热损失率，无量纲;
JT
kJ m 2
;
— 当地春分或秋分所在月集热器受热面上月均日辐照量 ,
根据上述用户的基本情况确定式子中的各项参数，
Qc = 178.2kg , C w = 4.187 kJ (kg ⋅� C ) , tend = 55� C , ti = 20�C , 集 热
T = 55 � C , Ta = 25 � C , D0 = 0.3523 m, Di = 0.2523 m, λ = 0.03 w ( m 2 ⋅ k )
，把各个参数带入上述公式得：
2011-06-22
《新能源与节能技术》
太阳能热水系统设计
河南理工大学万方科技学院
q =
2 × π × ( 55 − 25 ) 1 0 . 3523 2 ln + 0 . 03 0 . 2523 11 . 63 × 0 . 3523
Ac =
式中： Ac
Q
w
( t end − t i ) f J T η cd ( 1 − η L )
w
C
— 直接系统集热器采光面积，m2; — 日均用水量，k g ; — 水的定压比热容， kJ
太阳能热水系统计算说明书
太阳能热水系统计算说明目录一、项目概况 1二、设计依据 1三、设计参数 13.1 气象参数 13.2 热水设计参数 1四、设计计算 14.1 太阳能热水系统日耗热量 14.2系统平均日用热水量 24.3设计小时耗热量计算 24.4太阳能集热器的定位 24.5直接系统集热面积计算 24.6集热器相关计算 34.7水箱的容积计算 34.7.1 贮热水箱容积 34.7.2供热水箱的容积 34.8年平均日辐照度计算公式 44.9归一化温差 44.10辅助电加热器耗热量 54.11集热系统管网水力计算与水泵选型 64.11.1集热循环管路流量 64.11.2集热循环管网热水流速及管径的确定 64.11.3集热循环最不利管路路管道水力损失计算 7（1）管道沿程水头损失计算 7（2）管道单位长度沿程水头损失 7（3）管道的局部水头损失 7（4）集热系统官网总水力损失 74.11.4 水泵选型7五、设计总结8一、项目概况为满足许昌校区学生对洗浴的需求，现决定在学生餐厅顶层设置公共浴室，热水系统使用太阳能热水系统。
在餐厅楼顶布置集热器，需满足每日1000人次的洗浴需求。
该太阳能系统要求为直接式系统，定时供应热水（每天的6：00-24：00），集热系统强制循环，辅助热源为电加热。
许昌校区经纬度为113°81′E ，34°14′N ，许昌夏热冬冷、四季分明是典型的温带季风气候。
二、设计依据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》郑瑞澄主编 化学工业出版社2006版； 《太阳热水器及系统》 罗运俊、陶桢编著 化学工业出版社2007版《太阳能热利用技术与施工》 高援朝 沙永玲 王建新编著 人民邮电出版社2010版； 《GB50015-2003建筑给排水设计规范》；《GB/T 17049---2005全玻璃真空太阳集热管》。
三、设计参数3.1 气象参数：（年太阳辐照量与年平均日辐照量均按照郑州地区的参数）年太阳辐照量：5222.523MJ/m 2； （当地纬度倾角平面） 年平均日太阳辐照量：14.301MJ/m 2；年辐照小时时数：2280h ；（中国天气网内查询所得） 年平均环境温度：14.7℃。
太阳能热水系统设计
气象参数： · 年太阳总辐照量：5632.13MJ/㎡ · 年日照时数：2147.9小时 · 年平均温度：21.7°C · 年平均日太阳辐照量：15.43MJ/㎡
• 热水设计参数： • · 日最高用水定额：100L/(人·d) • · 日平均用水定额：取日最高用水定额的50%，即 50L/(人·d) • · 设计热水温度：60℃ • · 设计冷水温度：20℃ • 常规能源费用：0.438元/（KW· h) • 太阳集热器类型：真空管型全玻璃
18 19 20 21 22
32 31 30 29 28
50 50 50 50 50
134.0 129真空管型
集热管结构尺寸 全玻璃 Ф471200 玻璃金属（U形） 热管式 1280 1320 1000 760 1000 2500 12 12 24 竖单排 竖单排 横双排
• 温升：40℃ • 1000kg热水所需能量： • 1㎡集热面积产热量为： • 1t热水所需要的集热面积为： • 则3t热水所需要的集热面积为： 17.76㎡×3=53.28㎡
• 则集热器的规格选用按表3选取： • 真空管型全玻璃的Ф58X2100，尺寸：2220×1132（㎜）， 真空太阳集热管数为12根，真空太阳经济热管排列方式为 竖单排。共有这样的集热器22块。
r 热水密度kg / L;
表1 住宅、别墅的热水小时变化系数值
居住 ≤100 150 200 250 300 500 1000 3000 ≥6000
人数m
Kh
5.12 4.40 4.13 3.88 3.70 3.28 2.86 2.48 2.34
2、 集热面积计算 以每人每天50L，60℃的热水为设计标准，该小区共有24 户，每户以3人计取，则每天有24×3=72人次洗浴，按每 天80％的洗浴比例，则每天有72×0.8=57.6人次洗浴。需 要的热水量为50×57.6=2880L,即需要日产3t60℃的热水。 当地自来水基础水温设为20℃，太阳集热器与建筑同方位， 正南；与坡屋面面同倾角， ；平均辐照量为17MJ/㎡,查表 2有：
太阳能计算书
三亚中铁城·悠岚湖项目太阳能计算书悉地国际设计顾问（深圳）有限公司目录一、项目概况 (2)二、设计依据 (2)三、设计参数 (3)四、集热器面积的计算 (3)五、储热水箱容积的计算 (5)六、辅助热源 (5)七、集热器平面布置 (5)八、应用面积的计算 (5)一、项目概况项目名称：三亚中铁城·悠岚湖项目建设地点：三亚市一、工程概况：本项目为三亚中铁城·悠岚湖项目，位于三亚市，总建筑面积9492.7㎡，包括7栋住宅楼（1#~3#、5#~8#）和1栋教育设施配套用房，住宅总户数1290户，住宅总人数2670人，其中：（1）1#楼为地上25层住宅楼，建筑面积11870.28㎡，本栋户数192户，户型：一房一厅，每户按2人计，总人数384人；（2）2#楼为地上25层住宅楼，建筑面积15491.38㎡，本栋户数282户，户型：一房一厅，每户按2人计，总人数564人；（3）3#楼为地上25层住宅楼，建筑面积9708.67㎡，本栋户数144户，户型：一房一厅，每户按2人计，总人数288人；（4）4#楼为2层教育配套用房，建筑面积850.0㎡，设计人数90人；（5）5#~7#楼为地上25层住宅楼，建筑面积9213.4㎡，本栋户数144户，户型：一房一厅，每户按2人计，总人数288人；（6）8#楼为地上25层住宅楼，建筑面积14244.6㎡，本栋户数240户，户型：一房一厅，每户按2人计，总人数480人。
二、设计依据（1）国家标准《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB/T50364-2005《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713（2）其它资料1、《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》郑瑞澄主编化学工业出版社出版2、甲方提供相关资料三、设计参数（1）气象参数三亚地区：三亚地区：水平面年平均太阳辐射量：6074.573MJ/m2．A; 18°14＇倾角平面年平均太阳辐射量：6193.338MJ/m2．A。
太阳能热水系统的计算
t l 冷水温度（℃），（按上边15℃~20℃取值）；
类型
住宅（㎡） 宾馆（㎡） 备注
地区
海口
0.8
1.6
三亚
0.68
1.36
设计日用热水 量按：住宅 50L/人日，酒 店、宾馆 100L/日床；
换算为每平米太阳能集热面积产60℃热水量分别为：海口62.5L， 三亚73.5L。 贮热水箱的容积一般等于日热水用量，贮热水箱宜靠近太阳能集 热器布置，以减少连接管路热损失。
行，无需专人看护。 （5）机器具备高压保护、低压保护、过流保护、过载保护、超 高温保护等多重安全保护装置。 （6）安装场地灵活，可放置于阳台、车库、地下室、楼面等， 无需设置专门机房，安装维护方便，特别适合高楼层、别墅套房安装 使用。
3、减压阀 根据建筑情况考虑到热水水压与市网水压的实际情况，需增加减压阀 从而可以有效解决热水水压较高与市网水压的混合问题。 （1）比例式减压阀； （2）可调式减压阀。
t
耗热量的3%~5% 配水管道的热水温度差（℃），按系统大小确定，一般取 5℃~10℃；
五、辅助加热空气源热泵的设计小时供热量应按下式计算
mqr C (t r tl ) r Qg K1 T1
Qg 热泵设计小时供热量kJ/h；
T1 热泵机组设计工作时间h/d，取12h~20h； K1 安全系数，取1.05~1.1；
三、系统设计小时耗热量 全日供应热水的住宅、别墅、招待所、培训中心、旅馆、宾馆的 客服（不含员工）、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所（有住宿） 等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：
Qh K h
mqr C (t r tl ) r 86400
Qh 设计小时耗热量（W）；
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太阳能热水系统课程设计计算书
《太阳能应用技术》
课程设计计算书
题目：杭州市现代宾馆（公寓）太阳能热水系统
设计
姓名：杨超学院：建筑工程学院专业：建筑环境与能源应用工程班级：建环142 学号：***-*****5236 指导教师：候景鑫
2021年12月25日
目录
1.设计参数................................................................................................................................ (3)
1.1 气象参数 (3)
1.2 热水设计参数 ................................................................................................................... 3 2.太阳集热系统设计 .. (3)
2.1集热器面积确定 ................................................................................................................ 3 2.2太阳集热器的定位 ............................................................................................................ 4 2.3太阳集热器模块总数确定 ................................................................................................ 4 2.4太阳集热器间距 ................................................................................................................ 4
3.贮热水箱选
型...............................................................................................................................
5 4.集热循环管路水力计算 (6)
4.1集热循环管路流量 ............................................................................................................ 6 4.2集热循环管网热水流速及管径的确定 ............................................................................ 6 4.3集热循环最不利环路管道阻力的确定 ............................................................................ 7 4.4集热系统循环水泵选型 ....................................................................................................
8 5.热水供应系统管路水力计算 (9)
5.1热水供应系统管路流量的确定 ...................................................................................... 11 5.2热水供应系统最不利环路管道阻力的确定 (12)
5.3热水供应系统循环水泵的选型...................................................................................... 13
6.辅助热源.................................................................................................................................. ... 14
7.自动控制系统.............................................................................................................................
15
7.1运行控制 (15)
7.2防冻控制 (16)
7.3过热防护 (16)
8.阻垢除垢.................................................................................................................................. ... 16 9. 积约为12吨。
4.集热循环管路水力计算
集热环路采用同程连接，各环路相同。
取其中任一环路为最不利环路，即管段1―2―3―4―5―6―7―8。
图4―1 集热循环最不利环路
4.1集热循环管路流量
根据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》4.4.4，平板型太阳集热器的工作流量可按0.02 L/(s?O)计算，则本工程太阳能集热系统的总流量为：
4.2集热循环管网热水流速及管径的确定
由《太阳能集中热水系统选用与安装》8.8.2，太阳能集热系统管网热水流速，宜按下表选用：
表4―1 集热系统管网热水流速推荐值
公称直径DN（mm）
流速（m/s）
15―20 ≤0.8
25―40 ≤1.0
≥50 ≤1.2
根据下列公式，可计算出管段管径：
q??d24v式中：q――集热系统循环管道内流量，m3/s；
d――集热循环管道直径，mm；v――集热循环管网中热水流速，m/s。
太阳能集热循环管路中最不利环路的管径及流速计算结果如下：表4―2 集热循环管路中最不利环路的管径
管段编号
1 2 3 4 5 6 7 8
流量（m3/s）0.00544 0.00432 0.00288 0.00144 0.00144 0.00288 0.00432 0.00513
管径（mm）
100 80 70 40 40 70 80 100
流速（m/s）
0.69 0.88 0.73 1.12 1.12 0.73 0.88 0.65
4.3集热循环最不利环路管道阻力的确定
本设计集热循环管网采用镀锌钢管。
（1）管道的沿程水头损失：
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管道单位长度水头损失可查《建筑给水排水工程（第六版）》附表2-1。
将各数据带入，具体计算结果见下表：
表4―3 集热循环最不利环路管道沿程损失
管段编号
管径（mm）流量（m3/s）管道单位长度
管道长度
沿程水头损
水头损失（kPa/m）
1 2 3 4 5 6 7 8
100 80 70 40 40 70 80 100
0.00544 0.00432 0.00288 0.00144 0.00144 0.00288 0.00432 0.00513
0.0892 0.223. 0.254 0.935 0.935 0.254 0.223 0.0749
（m）失（kPa）
6.319 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 60.11
0.564 0.261 0.297 1.094 1.094 0.297 0.261 4.502 8.370
?P
y （2）管道的局部水头损失。
考虑阀门、弯头及三通所造成的局部阻力，按沿程阻力的20%取值，则局部阻力为：
（3）集热器的阻力。
根据《太阳能集中热水系统选用与安装》8.8.2，集热器单位面积
流量为q=0.02 L/(s?O)时，单个集热器的阻力一般为0.5 kPa/m2。
本次设计中最不利环路中共有35个单元集热器，故集热器总阻力为：=35×2×0.5=35kPa
（4）管网总阻力。
最不利环路的总阻力即为沿程损失、局部损失和集热器的阻力之和，即：。
4.4集热系统循环水泵选型
本工程太阳能集热系统的总流量为5.13L/s，即18.47m3/h,此流量即为集热系统水泵的流量。
扬程考虑到沿程损失、局部损失、集热器阻力，即管网的总阻力，相当于4.5mH2O，考虑流量储备系数1.1，则集热系统循环水泵的扬程H为4.95mH2O。
根据流量和扬程，选择2台IRG-15-80型热水循环泵，其中一台为备用，具体性能参数见下表：
表4―4 IRG-15-80型热水循环泵性能参数
型号IRG-65-100A
扬程m 7
流量m3/h 2.0
功率kW 0.18
5.热水供应系统管路水力计算。