太阳能热水计算书.docx
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太阳能热水计算书
太阳能热水方案
中国航空规划建设发展有限公司
2016年5月23日
第一节地理位置及概况
一、地理位置:
本项目位于北京市(北纬39º48´,东经116°28´)。
我国是太阳能资源十分丰富的国家,三分之二的国土年日照量在2200小时以上,年辐射总量大约每年3340-8360MJ/㎡,相当于110-250kg标准煤/㎡。
根据我国气象部门测量年辐射总量的大小,一般将我国大陆部分划为四个太阳能辐射资源带,即一类地区(≥6700MJ/㎡),二类地区(5400-6700MJ/㎡),三类地区(4200-5400MJ/㎡),四类地区(4200MJ/㎡),北京属于上述的第二类资源带内,其太阳能资源大有潜力可挖。
二、项目概况:
此项目总建筑面积为13.648万平米,地上43层、建筑面积约为9.148万平米,地下五层、建筑面积约4.5万平米,为建筑高度220m的超高层5A甲级写字楼。
商业主要为写字楼配套商业。
用水情况:
厨房、员工淋浴热水设置集中热水供应系统,采用太阳能强制循环间接加热系统(单水箱),日供应60℃热水7.5m3,太阳能集热板设在裙房屋面,集热热媒工质采用防冻液。
冬季运行十分可靠,且不需要设电伴热等耗能防冻措施。
太阳能热水机房设在地下一层,紧邻热水用水点。
供水稳定可靠,系统换热效率高。
《建筑给排水设计规范》GB50015-2003中,表5.1.1-1规定,办公楼最高日热水用水定额为5~10L/人.班,淋浴最高日热水用水定额为17~26L/人.次,餐饮业-职工食堂最高日用水定额为7~10L/人.次。
选取设计用水定额如下:
办公楼最高日热水用水定额为8L/人.d,淋浴最高日热水用水定额为26L/人.次,餐饮业-职工食堂最高日用水定额为7L/人.次。
各部热水用水量计算详见表1。
表1热水用水量
用水单元
用水单位数量
用水指标
小时变化系数
用水时间
平均小时用水量
最大小时用水量
最高日
用水量
热源
员工淋浴
300人次
26L/人次
1
2
3.9
3.9
7.8
太阳能热水器
餐饮厨房
3500人次
7L/人次
1.5
12
2.04
3.06
24.5
燃气热水器
小计
-
5.94
6.96
32.3
-
未预见水量
以上各项之和的10%
0.59
0.7
3.23
-
合计
-
5.29
7.66
35.53
-
辅助能源:
当阴雨天或者太阳能不足的时候,设计燃气热水器作为太阳能系统辅助热源。
第二节方案设计依据及标准
一、方案设计标准:
1、GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
2、GB50015-2009《建筑给水排水设计规范》
3、GB/T6242-2007《平板型太阳集热器》
4、GB50017-2003《钢结构设计规范》
5、GB5009-2001《建筑结构载荷规范》
6、GB50207-2002《屋面工程质量验收规范》
7、GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》
8、GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
9、GB50303-2002《建筑电气安装工程施工质量验收规范》
10、GB50003《建筑工程施工质量验收统一标准》
11、GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
12、GB50345-2004《屋面工程技术规范》
13、GB/T20095-2006《太阳能热水系统性能评定规范》
14、GB/T4271-2007《太阳能集热器性能试验方法》
15、GB/150-1998《钢制压力容器》
二、设计指标:
1、经纬度:
北京市(北纬39º48´,东经116°28´)
2、基础水温:
13℃;
一般自来水为地表水,地表水的供水温度变化与大气温度变化基本一致,因此参照GB50015-2009(P96)表5.4.1的冷水计算温度进行取值。
基础水温取值
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月平均
基础水温(℃)
4
4
4.5
13.1
19.8
24
25.8
24.4
19.4
12.4
4.1
4
13
3、太阳辐照量:
依据国家建筑标准设计图集06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》中附录一:
《主要城市各月设计用气象参数》中选用,北纬39º48´,东经116°28´年辐照量资料如下:
a.年平均气温:
年平均气温:
11.5℃;
b.全年日照时数:
2755.5h;
c.全年辐照量:
6281.99MJ(㎡·a)
d.年日均辐照量:
17.21MJ(㎡·d)
4、补偿比:
根据上表得出,角度为50°的补偿比为97%,则辐照量为16.6937MJ/㎡;
角度为30°的补偿比为100%,则辐照量为17.21MJ/㎡
三、设计指标:
1、热水用水量:
本建筑厨房、员工淋浴热水设置集中热水供应系统,采用太阳能强制循环间接加热系统(单水箱),日供应60℃热水7.5m3。
2、日均用水水温:
根据贵方经验和要求,设计用水水温60℃。
3、集热系统防垢:
为防止集热系统中结垢,采用硅磷晶水处理,实践证明具有良好的防垢、溶垢、杀菌、灭藻、防腐蚀、防锈水的作用。
4、集热器型号选取:
采用性价比较高的HUJ20/2.1型集热器,单台集热器的集热总面积为3.55㎡。
5、太阳热水系统水质要求:
由于各地的水质情况不同,对于水质较差的地区,使用太阳热水系统时,将严重影响使用效果,因此,公司要求客户在使用太阳热水系统时,其给水水质必须达到下列指标(参考《生活饮用水卫生水标准》),方可保证使用效果。
项目
指标
项目
指标
总硬度(mg/L)
≤75
溶解氧(mg/L)
≤10
悬浮物(mg/L)
≤5
含油量(mg/L)
≤5
PH值(25°C)
≥7
含铁量(mg/L)
≤0.3
若用户的水质达不到上述的要求时,应采取适当的措施,使水质满足要求。
第三节运行原理及说明
运行原理说明:
1、温差循环:
太阳能集热器中加入媒介,每日太阳能辐射达到一定过强度时,集热器上循环口水温T1开始上升,当集热器出口温度T1与屋面集热水温温度T2温差(T1-T2≥8℃)时,太阳能集热循环泵与板换循环泵同时启动,通过板式换热器对屋面集热水箱中的水进行过加热,直到集热出口温度T2温差(T1-T2≤2℃)时,停止换热;太阳能集热器继续吸收太阳的热量,从而进入下一个温差循环;如此往复,屋面集热水箱内的水不断被加热至设定温度。
2、手动补液:
当集热系统缺少防冻液时,采用手动防冻液的方式补充防冻液。
3、集热管路防冻循环:
冬季当集热管路T3中温度低于5℃时,集热循环泵P1开启进行循环,将水箱内的热水打进集热器;当集热器管道温度T3升高至10℃时,系统控制关闭循环泵,以防止循环管路冻堵(冬季使用);
4、定时定温管道循环:
在设定的时间内,当用水管道温度低于40℃(可调)时,DCF2打开,启动水泵将管道中的冷水打入到供水水箱中,当管道温度达到45℃(可调)时,DCF2关闭,管道循环停止。
(详细原理解释见原理图)
第四节重要项校核计算及说明
所用集热器年均集热效率计算
集热器基于总面积瞬时效率曲线方程为:
ηcd=0.511-1.936Ti*
式中:
Ti*=(ti-ta)/G;
ti:
工质进口温度,℃;ti=tL/3+te×2/3=13/3+60×2/3=44(℃)
tL:
水的初始温度,13℃;
te:
储水箱内水的终止温度,60℃;
ta:
环境温度,11.5℃;
G:
集热器采光面上总日辐照度,W/㎡;
G=JT/(Sy3.6)=17210/(7.5×3.6)=637(W/㎡);
Ti*=(ti-ta)/G=(44-11.5)/637=0.051(㎡·℃/W);
ηcd=0.511-1.936Ti*=0.511-1.936×0.051=0.41;
经计算集热器年平均效率ηcd=0.42;
(1)直接系统集热器集热面积计算
(式——1)
式中:
——直接系统太阳集热器集热面积;
——日均用水量,7500kg;
——储水箱内水的终止温度(用水温度),60℃;
——水的定压比热容,4.18KJ/(㎏·℃);
——水的初始温度,13℃;
——当地集热器受热面上太阳能年均日辐照量
=17210KJ/㎡;
——太阳能保证率,无量纲,选50%;
——集热器的年平均集热效率;国标经验值取0.45~0.55,根据我公司实验数据计算年均集热效率取0.41;
——管路及储水箱热损失率,此处取0.2。
经过计算直接系统的集热面积为:
129.2㎡
(2)热交换器换热量可按下式计算:
1)热交换器换热量的计算:
Qz=kt×f×qrd×c×ρr×(te-tL)×1000/(3600×SY)
=1.8×50%×7.5×103×4.18×1×(60-13)/(3600×7.5)
=49.115(Kw)
QZ-集热系统换热量,Kw;
kt-太阳能辐照度时变系数,取1.5~1.8;
f-太阳能保证率,50%;
qrd-设计日用热水量,7500L/d;
ρr-热水密度,1000Kg/m³;
te-贮水箱内水的设计温度60℃;
tL-水的初始温度,13℃;
Sy-当地的年平均每日的日照小时数,h。
2)浮动盘管热交换器换热面积的计算:
AHX=Cr×Qz/(ε×K×Δti)
=1.1×49.115/(0.6×3×6)
=5(㎡)
AHX-间接系统热交换器的换热面积,㎡;
Cr-集热系统的热损失系数,1.1~1.2;
QZ-集热系统换热量,Kw;
ε-结垢影响系数,0.6~0.8;
K-热交换器传热系数,据厂家提供的浮动盘管的传热系数为3kw/(㎡·℃);
Δti-传热温差,宜取5~10℃;
(3)间接系统集热器总面积按下式计算:
式中:
——间接系统集热器总面积,㎡;
——直接系统集热器采光总面积,Ac1=129.2㎡;
——集热器总热损失系数。
采用真空管集热器,国家质检中心检测数据为1.961W/(㎡·℃);
——热交换器传热系数,按热交换器技术参数确定3000w/㎡·℃;
——间接系统热交换器换热面积,
=5㎡;
经过计算出:
=131.35m2;
根据楼顶情况,系统安装HUJ20/2.1型集热器37组,总集热面积131.35㎡,37组集热器在集热器倾斜面日总辐照量为17210KJ/㎡、保证率为50%的情况下,每天能将7.5吨水从基础水温13℃升高到60℃(温升47℃),当太阳能资源不足时采用燃气锅炉加热。
根据以上分析可得,本项目热水日用水量32.3m3。
其中燃气加热水日用量24.5m3,太阳能加热水日用量7.8m3。
太阳能制备的热水量占建筑生活热水消耗量=7.5/32.3≈24%。
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