太阳能工程计算常用公式Word下载.docx
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150
200
250
300
500
1000
3000
Kh
5.12
4.49
4.13
3.88
3.70
3.28
2.86
2.48
旅馆的热水小时变化系数Kh值表4.3.2-2
床位数m
450
600
900
1200
6.84
5.61
4.97
4.58
4.19
3.90
医院的热水小时变化系数Kh值
表4.3.2-3
50
75
4.55
3.78
3.54
2.93
2.60
2.23
注:
①当旅馆、医院、疗养院已有卫生器具数时,可按第4.3.3条规定计算设计小时耗热量,其卫生器具同时使用百分数,旅馆客房卫生间内浴盆可按30%~50%计,其他器具不
计;
医院、疗养院病房内卫生间的浴盆可按25%~50%计,其他器具不计。
②不同类型建筑,由同一供热站供应热水时,应计算建筑物之间热水供应的同时使用百分数。
第4.3.3条工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆(场)等建筑的集中热水供应系统全日供热水时的设计小时耗热量,应按下式计算:
Q=Σ·
qh·
c·
(tr-t1)no·
b/3600(4.3.3)
qh——卫生器具热水的小时用水定额(L/h),应按本规范表4.1.2-2采用;
c——水的比热(J/kg·
tr——热水温度(℃)应按本规范表4.1.2-2采用;
t1——冷水温度(℃)宜按本规范第4.1.5条规定采用;
no——同类型卫生器具数;
b——卫生器具同时使用百分数;
公共浴室和工业企业生活间、学校、剧院及体育馆(场)等的浴室内的淋浴器和洗脸盆均应按100%计。
冷水的计算温度,应以当地最冷月平均水温资料确定。
当无水温资料时,可按表4.1.5采用。
冷水计算温度表4.1.5
分区
地面水水温(℃)
地下水水温(℃)
第1分区
4
6~10
第2分区
10~15
第3分区
5
15~20
第4分区
10~15
20
第5分区
7
分区的具体划分,应按现行的《室外给水设计规范》的规定确定。
第四节热水器风荷载计算校核
1、热水器各部件自重
(1)该热水器上满水后,水箱内水为130kg,重量为:
130kg×
9.8N/kg=1274N;
(2)水箱质量20kg,重量:
20kg×
9.8N/kg=196N;
(3)20支真空管的重量:
1.35kg×
20×
9.8N/kg=264.6N;
(4)上水后真空管内水的重量:
π(0.037/2)2㎡×
1.6m×
1×
1000kg/m3×
9.8N/kg×
20=337.015N;
2、热水器受力分析
太阳热水器最大受风面积:
1.53×
0.48+1.416×
1.189=2.418㎡
12级风荷载为0.3kN/㎡即300N/㎡F风=300N/㎡×
2.418㎡=725.4NG'
=337.015+264.6=601.615N
由于热水器背面受到的风的力比正面大,故以背面受力为主计算。
以O点为原点,热水器受到的风的力矩为
M风=F风cos40°
×
(1840+240)/2=725.4Ncos40°
1040=577.92N·
m
水箱及水的重力力矩为
M水箱=(1274+196)cos50°
1.84=1738.61N·
m真空管及管内水重力力矩为
M真空管=601.615cos50°
1.6/2=368.69N·
m由以上计算可见M水箱+M真空管>
M风则热水器受到的风荷载影响极小。
安全系数S=(M水箱+M真空管)/M风
=(1738.61+368.69)/577.92
=3.65注:
最大受风面积是按太阳热水器前后向正投影面积,由于该型热水器中间间隙颇多;
且如图七水箱及真空管外形为圆形,风阻小于最大截面风阻。
故现场热水器受到的风荷载比F风值还要小。
第五节海水淡化计算
每天热水器工作八小时,出水温度T=65℃。
当太阳能热水器的进水温度为T1=45℃时,平均每小时产热水1.5吨,热水器效率为0.35;
进水温度为T2=60℃时,平均每小时产热水6吨,热水器效率为0.40。
两种情况同时存在,问总共需要多少平方米的太阳能集热器。
当地太阳辐照量按国家气象局统计的济南市(与莱州纬度相差不大)2000年数据计算。
2000年济南市太阳辐照量(单位MJ/㎡)如下:
全年
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
4895
240.
352.
527.
549.
557.
544.
542.
498.
438.
245.
213.
184.
.39
56
23
88
47
53
02
04
46
41
81
93
85
1吨海水升温至65℃所需热量
QmtCp
式中Q——海水升温吸收的热量kJm——海水的质量㎏
Cp——海水的定压比热容kJ/(㎏·
℃)Δt——进出太阳热水器的海水温差℃m=1000㎏
Cp=4.06kJ/(㎏·
Δt1=T-T1=20℃
Δt2=T-T2=5℃
计算所得Q1=80320kJ
Q2=20080kJ加热海水所需太阳能集热器的面积
AQ
(2)
q
式中Q——海水升温吸收的热量KJ
太阳辐照量KJ/㎡
太阳热水器的热效率
系统需要的总的集热器面积为
AA1A2
式中A1——进水温度为45℃时的集热面积㎡
A2——进水温度为60℃时的集热面积㎡
将太阳辐照量换算成倾斜面上总的太阳辐照量(热水器倾角为38°
)。
利用IEA方法计算:
(1)大气层外的太阳辐照量
IO116438sin
360(89D)
365
式中:
1164——为太阳常数,D——一年中这一天的通算日数,D按每个月的15日计算。
(2)不同时刻的太阳辐照量
一天中不同时刻的太阳辐照量取月平均值,
性,而成为一条光滑的曲线,曲线的形状在水平面上大致是则为
可消除因天气状态的不同而引起的不规则
用式子表示出来,
条正弦曲线,
Q
IH2QTOcosTO(T12)
4)
Q——每月的日平均辐照量;
TO———日照时间,取10小时;
T——时刻(太阳时):
(3)有关太阳高度位置的三个值
sinhocosLcoscostsinLsin
5)
coshosincossint
6)
coshocossincosLcossinLcost
7)
L——纬度;
δ——太阳赤纬,取月中太阳赤纬;
t——时角(以正南为0°
,每一小时为15°
,用角度表示时刻)月中太阳赤纬的计算为
23.45sin360(284n)
8)
n——这一天在这一年中的序号
4)求大气层外水平面太阳辐射量IOH及地面法线面的直接太阳辐射量
IH
IOHIOsinho
(9)
PPIH/IOH
IDN1540PP470
(11)
若IDN>
860时,取IDN=860;
若IDN<
0时,取IDN=0。
(5)求水平面的天空太阳辐射量IHS
当IHS<
0时,取IDN=IH/sinh0,IHS=0。
(6)求倾斜角的入射角余弦cosi
cosicossinho(coshocos)(sinsin)(coshosin)(sinsin)---(11)式中ε——倾斜角的倾角;
φ——倾斜角的方位角。
并且,cosi<
0.017时,取cosi=0。
(7)所求倾斜角的总太阳辐射量Ip根据下式估算
(12)
所需太阳能集热器的面积,如下表
表1
1
3
6
8
9
10
11
12
辐照
量
8019
1174
1759
1831
1859
1813
1806
1661
1461
8194
7131
6162
斜面辐照量
1064
1591
1987
1856
1679
1640
1604
1557
1561
7851
8478
7415
有效辐照量
9941
1510
1897
1774
1600
1560
1527
1487
1494
7505
8007
6861
集热面积A1m2
243
160
127
136
151
155
158
162
321
301
352
集热面积
A2m2
277
183
146
156
172
177
181
186
185
367
344
402
总集热面积m2
520
343
273
292
323
332
339
348
347
688
645
754
辐照量为水平面上的日平均辐照量Kj/(m2·
日)斜面辐照量为斜面上的日平均总辐照量Kj/(m2·
日)有效辐照量为热水器工作时间内斜面上的日平均总辐照量Kj/(m2·
日)
第六节冷水量、热水量和混合水量的计算
M:
混合水温(用户使用水温)H:
热水温度(炉水温度),一般也为用户所设定C:
冷水温度(炉进口水温或混合用冷水温)
(公式3)冷水量+热水量=混合温水量
热水量/混合温水量=(混合水温度M—冷水温度C)/(热水温度H—冷水温度C)冷水量/混合温水量=(热水温度H—混合水温度M)/(热水温度H—冷水温度C)例如:
M为42℃,H为60℃,C为4℃,热水份额=(42-4)/(60-4)=38/56=67.8%冷水份额=(60-42)/(60-4)=18/56=0.32=32%
M为42℃,H为65℃,C为4℃,
热水份额=(42-4)/(65-4)=38/61=0.622=62.2%
冷水份额=(65-42)/(65-4)=23/61=0.378=37.8%
一般生活用热水最佳水温42℃。
超过42℃对人体皮肤有损害。
热水炉的最高设定温度为65℃-77℃,建议设在60℃,为了能够较多地储备热量,可以提高热水的温度。
例如:
设定在60℃时,按上面的计算看出,使用42℃的热水的总量中需要67.8%的60℃的热水与32%的4℃的冷水混合。
即热设计使用热水量为2吨(42℃),则需提供60℃的热水为1.356吨,而我们实际可提供
1.5吨60℃的热水,可满足客户的要求。
第七节水力计算
一)单位长度水头损失
τ=0.0107V2/dj1.3
τ管道单位长度的水头损失<
mH2O>
V管道内平均水流速度<
m/s>
dj管道计算内径<
m>
二)局部水头损失
hj=V/2G
hJ局部水头损失之和<
ζ、局部阻力系数
G、重力加速度<
m/s2>
简化计算,按沿程水头损失20﹪计算。
第八节膨胀水箱计算
V=a·
△t·
Vs
V——膨胀水箱的有效容积(即由信号管到溢流管之间高差内的容积)
a——水的体积膨胀系数,a=0.0006
△t——最大的水温变化值
Vs——系统内的水容量,即系统管道中和设备内存中水的总和。
第九节电加热计算
1、电加热时间计算:
T=cm△t/(ηP*3600)
T——电加热所需时间;
4C.2);
,
m——每天所需水的质量(kg)
△t——温升;
η——电加热的效率;
P——电加热的功率;
2、电加热功率计算:
P=cm△t/(ηT*3600)
水的比热(J/kg·
C),4.2;
第十节水泵和排水系统效率计算
(1)水泵效率是指水泵有效功率与轴功率之比。
即
式中η——水泵效率(%)。
(2)管路效率是指水泵排水垂高与总扬程之比。
式中ηg——管路效率(%)。
(3)排水系统效率是指排水设备的总效率,等于水泵效率、管路效率和电动机效率的乘积。
式中ηc——排水系统效率
——电动机输入功率(KW)
ηd——电动机效率
水泵功率的测定和计算
(1)
水泵的有效功率是指水泵输出功率,即水通过水泵获得的功率。
可按下式计算:
式中——水泵的有效功率(kW)
Q——水泵流量(m/min)
H——水泵总扬程(mHO),
——水的比重(㎏/m3),清水等于1000(㎏/m3)对于矿井水一般含有泥沙,应实测确定。
(2)水泵的轴功率是指水泵输入功率,当水泵直接由电动机带动时,就等于电动机的输出功率。
轴功率还可根据测到的扭转力矩按下式计算:
式中P
水泵轴功率(kW),
M——水泵轴上的扭转力矩(kg-m)n——水泵转速(r.p.m)
管路阻力系数的计算
水经过水泵获得能量后,沿管路从井下排送到地面。
由于管路的不同水泵将排送不同的流量,同时需要克服不同的阻力。
对于一定结构的管路,通过流量愈大,管路的阻力损失也愈大,相反则愈小。
如果通过流量为零,那就根本不产生租力:
损失。
管路特性曲线就是反映流量与阻力损失的变馋关系的曲线。
阻力损失包括:
吸水管路和排水管路的沿程损失(直
管损失)以及弯管,各种闸阀等所造成的局部损失。
管路结构一定时,阻力损失与管路中水流速度或流量的平方成正比。
因此阻力损失可以下式表示:
H等于排水垂高Ha和管路损失压
它不随流量Q而改变。
所以抛物
——沿程损失与各种局部损失系数之和;
v——管路中水的流速(m/s)
K——比例系数,
RT——管路阻力系数。
上式可由图35的抛物线表示。
因为水泵扬程头H之和,而排水垂高对于既定的排水系统是一个常数,线顶点的位置是在H=Ha和Q=0的点上。
由管路特性方程
可以求得管路阻力系数
式中H是将流量Q从一定结构的管路(阻力系数为)中排送出去所必须的压头。
在这个既
定管路上,如流量Q发生变化,H也将变化,所以只要管路阻力系数确定后,就可以将
这个既定管路的特性曲线绘制出来
总扬程的测定
水泵总扬程等于排水垂高水柱和管路阻力损失水柱之和。
)和压力表,(见图34)。
测定总扬程可在水泵进,出口法兰盘小孔上,分别装上真空表(吸水方式抽吸式并在表的连通管上装上旋塞。
测定时打开旋塞,记下读数,再按下式算出扬程
式中H——总扬程(m)
p1——压力表读数(kg/cm)
pm——真空表读数(mmHg)
z——压力表和真空表间垂直距离(m),
vd——排水管中流速(m/s)
vs——吸水管中流速(m/s)。
当吸、排水管径相等时,=0。
一般和z两项相对来
说,数值很小,可以忽略不计。
上式适用于吸水方式为抽吸式情况。
如果吸水方式为压入式,则总扬程公式应为:
式中pm'
——吸水侧压力表读数(kg/cm2),
单位换算公式
1大卡=4BTU,
1千瓦/时=868大卡,
1加仑=3.78升,
℃=(℉-32)*5/9,
1英寸=25.4毫米,
1英尺=30.48厘米,
1英镑=0.454千克
1焦=2.778×
10-7度(KW·
H)=2.389×
10-4大卡
1大卡=4.189千焦
1度电(KW·
H)=860大卡=3612千焦
1升水=1千克水=0.001立方米水
0.1Mpa(一个大气压)=10米水柱
1英寸=2.54厘米(1英尺=12英寸)
1bar=1000kpa=0.1Mpa
1磅=0.454kg
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