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东莞太阳能 太阳热水系统设计安装及工程验收技术规范


太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》自2002年11月1日实施。现将《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》中太阳热水系统设计主要内容摘录如下,供读者参考。
1 范围
  本标准规定了太阳热水系统设计、安装要求及工程验收的技术规范。
  本标准适用于提供生活用及类似用途热水的储水箱容积大于0.6m3的具有液体传热工质的自然循环、直流式和强迫循环太阳热水系统(包括带辅助能源的太阳热水系统)。这些系统是根据当地条件单独设计和安装的。
5 系统设计
5.1 调查用户基本情况
5.1.1 环境条件
——安装地点纬度
——月均日辐照度
——日照时间
——环境温度
5.1.2 用水情况
——日均用水量
——用水方式
——用水温度
——用水位置
——用水流量
5.1.3 场地情况
——场地面积
——场地形状
——建筑物承载能力
——遮挡情况
5.1.4 水电情况
——水压
——电压
——水、电供应情况
5.2 确定系统运行方式
  太阳热水系统的运行方式应根据用户基本条件、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推荐的方式选取。
5.3 确定集热器类型
  集热器类型应根据太阳热水系统在一年中的运行时间、运行期内最低环境温度等因素确定,可按表2推荐的类型选用。
5.5 储水箱
5.5.1 储水箱的容量应与日均用水量相适应。
5.5.2 大面积太阳热水系统的储水箱一般为常压水箱,水箱应有足够的强度和刚度。
5.5.3 在储水箱的适当位置应设有通气口、溢流口、排污口和必要的入孔(一般大于3t的水箱)。
5.5.4 储水箱应满足防腐要求,保持水质清洁。
5.5.5 为了减少热量损失,储水箱上应设有保温层,其保温设计见5.10。
5.6 辅助能源
5.6.1 如果单靠太阳热水系统不能满足水温及水量的要求,可采用电、燃气、油、煤等辅助能源加以补充。如果条件许可,宜采用电作为辅助能源。
5.6.2 辅助能源可直接加热储水箱中的水,也可通过换热器间接加热储水箱中的水。
5.7 换热器
5.7.1 换热器的设计或选取可参照有关设计规范或厂商说明。
5.7.2 太阳热水系统可采用位于储水箱内的单循环换热器,大型太阳热水系统宜选用双循环外部换热器。在采用双循环外部换热器时,应使换热器两边的热容流量(比热乘以质量流量)相等。
5.7.3 换热器应与传热工质有较好的相容性,不会对水产生二次污染。
5.7.4 如果系统用在水硬度高的地区并且水温高于60℃,换热器应有防垢措施或采取适当的清垢方法。
5.7.5  在间接太阳热水系统中,换热器不应明显降低集热器效率。当集热器的太阳能收益达到可能的最大值时,换热器导致的集热器效率降低不应超过10%;如果系统中有几个换热器,每个换热器导致的集热器效率降低的总和不应超过10%。
5.7.6 在双回路太阳热水系统中,当使用无害传热工质时,换热器可采用单壁的,对于有害传热工质,应采用双壁的换热器。
5.8 系统布局
5.8.1 储水箱和集热器定应
5.8.1.1 一般要求
储水箱和集热器的安装位置应使其在满载情况下分别满足建筑物上其所处部位的承载要求,必要时应请建筑结构专业人员复核建筑荷载;安装热水系统不应破坏建筑物的整体观瞻效果;应避免集热器的反射光对附近建筑物引起的光污染;另外,为了减少热损及循环阻力,在确保建筑物承重安全的前提下,储水箱和集热器的相对位置应使循环管路尽可能短。
5.8.1.2 储水箱定位
5.8.1.2.1 在自然循环系统中,为了促进热虹吸循环和防止夜间倒流散热,水箱底部一般应比集热器顶部高0.3m~0.5m。
5.8.1.2.2 在全年运行的非自然循环系统中,有条件时应将储水箱放在室内,以利于储水箱保温。
5.8.1.2.3 储水箱上面及周围应有能容纳至少1人的作业空间,要求与四周保持不小于1.5m的距离,与顶面保持不小于0.5m的距离。
5.8.1.3 集热器定位
5.8.1.3.1 集热器定向
集热器摆放面向正南或正南偏西5°
5.8.1.3.2 集热器安装倾角
集热器安装倾角等于当地纬度;如系统侧重在夏季使用,其安装角应等于当地纬度减10°;如系统侧重在冬季使用,其安装角应等于当地纬度加10°。安装倾角误差为±3°。
注:全玻璃真空管东西向放置的集热器安装倾角可适当减小。
5.8.1.3.3 集热器排间距
为避免遮挡,集热器离遮光物的最小距离可按式(1)计算:
D=H×ctgαs   (1)
其中:D——集热器离遮光物或集热器前后排间的最小距离;
H——遮光物最高点与集热器最低点间的垂直距离;
αs——当地春秋分正午12时的太阳高度角(季节性使用),
当地冬至正午12时的太阳高度角(全年性使用)。
5.8.2 集热器阵列
5.8.2.1 集热器的相互连接
5.8.2.1.1 集热器可通过并联、串联和串并联等方式连接成集热器组。
5.8.2.1.2 集热器组中集热器的连接尽可能采用并联。平板型集热器每排并联数目不宜超过16个。
5.8.2.1.3 串联的集热器数目应尽可能少。全玻璃真空管东西向放置集热器,在同一斜面上多层布置时,串联的集热器不宜超过3个(每个集热器联箱长度不大于2m)。
5.8.2.1.4 对于自然循环系统,每个系统全部集热器的数目不宜超过24个。
5.8.2.2 集热器组的相互连接
5.8.2.2.1 集热器组应按同程原则布置成并联,即应使每个集热器的传热介质流入路径与回流路径的长度相同,以使流量平均分配。当集热器组按异程连接时,将造成离传热工质流入口近的集热器流量较大,而离流入口远的集热器流量较少,使系统性能下降。自然循环系统有自调节功能,可采用异程连接。
5.8.2.2.2 受场地条件限制,不能通过简单管系布置实现流量平衡时,可借助5.9.1.10中的辅助阀门以获得均匀的流量分布。
5.9 系统管路设计
5.9.1 循环管路
5.9.1.1 循环管路的设计应与5.11相结合。
5.9.1.2 循环管路应尽量短而少弯。
5.9.1.3 为了达到流量平衡和减少管路热损,绕行的管路应是冷水管或低温水管。
5.9.1.4 管路的通径面积应与并联的集热器或集热器组管路通径面积的总和相适应。
5.9.1.5 集热器循环管路应有0.3%~0.5%的坡度,以避免气塞现象,也可满足循环、排空或回流的要求。在自然循环系统中,应使循环管路朝储水箱方向有向上坡度,不允许有反坡。在有水回流的防冻系统中,管路的坡度应使系统中的水自动回流,不应积存。
5.9.1.6 在循环管路中,易发生气塞的位置应设有排气阀;当用防冻液作为传热工质时,宜使用手动排气阀。需要排空和防冻回流的系统应设有吸气阀。在系统各回路及系统要防冻排空部分的管路的最低点及易积存的位置应设有排空阀,以保证系统排空。
5.9.1.7 在强迫循环系统的循环管路上,必要时应设有防止传热工质夜间倒流散热的单向阀。
5.9.1.8  为了便于观察系统的运行情况和检修,宜在系统的管路中设流量计和压力表。自然循环系统中一般不设流量计和压力表。
5.9.1.9 间接系统的循环管路上应设膨胀箱。闭式间接系统的循环管路上同时还应设有压力安全阀和压力表,从集热器到压力安全阀和膨胀箱之间的管路应是畅通的,不应设有单向阀和其他可关闭的阀门。
5.9.1.10 当集热器阵列排或多层集热器组并联时,为了维修方便,每排或每层集热器组的进出口管道,应设辅助阀门。
5.9.1.11 系统中的换热器一般应按逆流方式连接,储水箱内的单循环换热器位于高处的进口与系统高温管路相连,位于低处的出口与低温管路相连。
5.9.2 取热水管路
太阳热水系统的取热水方式有顶水法、落水法或其他方法。
5.9.2.1 顶水法
5.9.2.1.1 在自然循环和强迫循环系统中宜采用顶水法获取热水。通常使用浮球阀自动控制提供热水。浮球阀可直接安装在储水箱中,也可安装在小补水箱中。
5.9.2.1.2 采用顶水法时,在使用热水期间,水压应保证符合设计要求,否则此法不宜采用。
5.9.2.1.3 设在储水箱中的浮球阀应采用金属或耐温高于100℃的其他材质浮球,浮球阀的通径应能满足取水流量的要求。
5.9.2.2 落水法
5.9.2.2.1 太阳热水系统可采用落水法取热水,直流式系统应采用此方法。
5.9.2.2.2 当储水箱距喷头的高差过小时,可安装加压泵。
5.9.2.2.3 各种取热水管系统均应按1.0m/s的设计流速选取管径。
5.10 系统保温
系统的保温设计应按GB/T 8175的规定进行。
5.11 系统的防冻措施
5.11.1 太阳热水系统如设计为直接系统,可采用下列措施进行防冻:
5.11.1.1 如集热器不满足抗冻要求,可将系统中的水或系统室外部分的水排放,可采用手动阀,也可选用具有防冻功能的温控系统控制电磁阀打开,或选用非电控温控阀。
5.11.1.2 在与5.11.1.1相同条件下,对于强迫循环系统,可将储水箱放在低于集热器的位置,在循环泵运行停止后,使集热器和循环管路中的水回流;也可采用具有防冻定温循环功能的温控系统,进行定温强迫循环防冻。
5.11.1.3 在集热器满足抗冻要求的条件下,可在保温层与管路之间加入发热元件,如自控温电热带等;可通过管路设计,只使循环管路中的水回流;也可采用其他安全可靠的方法。
5.11.2 太阳热水系统可设计为间接系统,在系统中使用防冻传热工质进行防冻。传热工质的凝固点应低于系统使用期内最低环境温度,其沸点应高于集热器的最高闷晒温度。
6 对系统的要求
6.1 总体要求
6.1.1 水质要求
系统提供的热水应无铁锈、异味或其他有碍卫生的物质。
6.1.2 系统的过热保护
6.1.2.1 防垢
可在设计系统时合理配置储水箱和集热器面积的比例,使系统在一天运行中最高温度不超过60℃;对于直流式系统,设定获得的水温不宜超过60℃;也可在系统中加装有效的防垢设备。
6.1.2.2 材料的过热保护
在设计系统时,应确保系统的最高运行温度不超过所用部件的最高许用温度。在间接系统中,为了防止在集热器最高闷晒温度下防冻液沸腾,应选用沸点符合5.11.2要求的防冻液。
6.1.3 系统的承压
对于封闭系统,系统至少应能承受1.5倍的系统最大工作压力;对于开口系统,系统中的任何部件及连接处应能承受该部件及连接处的最大工作压力。
6.1.4 电器安全
如果系统含有电器设备,其电器安全应符合GB4706.1和GB4706.12规定的要求。
6.2 零部件技术要求
6.2.1 集热器
6.2.1.1 平板型太阳集热器在施工安装前应对集热器按GB/T 6424-1997中7.3.1的内容进行产品质量检验,其检验结果应符合GB/T 6424中相关条款规定的要求。
6.2.1.2 真空管型太阳集热器的技术要求应符合GB/T 17581-1998第5章规定的要求,在施工安装前对集热器进行检验,检验方法应符合GB/T 17581-1998中7.1.1规定的要求。
6.2.2 连接软管
连接软管应符合GB/T 15513中相关条款规定的要求。
6.2.3 控制系统
6.2.3.1 温控器
温控器应能实现自动控制,应符合GB 14536.1规定的要求。直流热水系统的温控器应有水满自锁功能。
6.2.3.2 温度传感器
集热器用传感器应能承受集热器的最高空晒温度,精度为;储水箱用传感器应能承受100℃,精度为±2℃。
6.2.4 泵
在太阳热水系统中,在满足扬程和流量要求(系统流量一般为每平方米集热器0.01~0.02L/s)的条件下,应选择功率较小的泵。在强迫循环系统中,水温≥50℃时宜选用耐热泵。另外,泵与传热工质应有很好的相容性;必要时,宜选用低噪音泵。
6.2.5 电磁阀
电磁阀的工作条件应适合现场水压。
6.2.6 温控阀
温控阀的温度控制误差应不大于±2.5℃,同时要满足现场水压条件,还要求该阀防腐性能良好,寿命长。
6.2.7 辅助电加热器
太阳热水系统中使用的辅助电加热器应符合JB 4088规定的要求,工作寿命不小于3 000h,使用电压为220(1±10%)V或380(1±10%)V。
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