- Dec6日
時間:2011-12-6 8:46:57
太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))設(shè)計(jì)方案
作者:haotong 分類: 太陽能熱水工程資料 瀏覽: 評論人數(shù)0人 【我來說兩句】
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浩通熱水器資料庫前面給大家介紹了太陽能熱水工程開式系統(tǒng)(非承壓系統(tǒng))——單水箱系統(tǒng)(學(xué)校用水)和太陽能熱水工程開式系統(tǒng)(非承壓系統(tǒng))——24h雙水箱系統(tǒng)(賓館用水)設(shè)計(jì)方案,今天,熱水器資料庫繼續(xù)為大家分析太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))設(shè)計(jì)方案,望感興趣的朋友一起來關(guān)注下。
太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))
一、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))工程概況
XXX生活熱水主要用于淋浴和面盆,分布在地下一層至地上三層。原設(shè)計(jì)用水量為15噸/天,現(xiàn)有系統(tǒng)熱水管道供水管徑DN80,回水管徑DN50,本系統(tǒng)要求24小時供熱水,其中用水高峰時間為11:30~14:00,15:30~16:30。熱水水溫要求不低于45℃。太陽能熱水工程的設(shè)備安裝位置要求:集熱器安裝在紀(jì)念堂屋頂上檐,離地下一層高度約40米,安裝后不影響紀(jì)念堂整體外觀。換熱器、水箱、輔助電加熱設(shè)備、控制柜等相關(guān)輔助設(shè)備安裝在紀(jì)念堂地下一層。最不利的用水點(diǎn)高度為35米。
輔助能源:輔助能源采用電鍋爐。
2、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))設(shè)計(jì)指標(biāo):
此方案中,我們選擇春分所在月傾斜面上的日均輻照量(19.308MJ/m2)為標(biāo)準(zhǔn)。安裝總集熱面積為178.4㎡的太陽能集熱系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)條件(基礎(chǔ)水溫15℃,集熱效率為0.60,水箱及管道損失為0.10)下,系統(tǒng)在沒有外物遮擋的情況下可以將15000㎏溫升30℃。
3、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))當(dāng)?shù)貧庀筚Y料
基礎(chǔ)水溫:15℃
太陽輻照資料
根據(jù)國家氣象中心提供的《中國氣象輻射資料年冊》(2001年)中,北京(區(qū)站號:54511;東經(jīng):116o28´;北緯:39o48´;觀測點(diǎn)海拔高度:31.3m)的月日均及年總輻射數(shù)據(jù)(單位MJ/m2):
二、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))運(yùn)行原理及說明
我們根據(jù)用戶要求,結(jié)合貴方的實(shí)際用水情況,確定采用U型管集熱器、遠(yuǎn)程控制柜(包括傳感器)、保溫水箱等主要設(shè)備,來完成貴方需求的各項(xiàng)功能。
1、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))系統(tǒng)原理圖:
2、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))運(yùn)行原理
(1)、說明:循環(huán)泵P,備用泵Pb,溫度T,水位L,電磁閥DCF,鍋爐B。
每個電磁閥前安裝過濾器,并安裝旁路。
(2)、控制要求:
集熱器溫度探頭T1;三個儲水箱溫度探頭T2-1,T2-2,T2-3
a.溫差循環(huán):三個水箱依次循環(huán)。
儲水箱A與集熱器的溫差循環(huán)為先,當(dāng)集熱器的溫度T1-1與儲水箱A的溫度T2-1之差大于5度,即(T1-1-T2-1≥5℃)循環(huán)泵P1啟動,當(dāng)兩者溫度之差小于2度(T1-1-T2-1≤2℃),循環(huán)泵停止循環(huán);當(dāng)儲水箱A內(nèi)的溫度到達(dá)50℃時,系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到儲水箱B水箱的集熱循環(huán),依次循環(huán)。
供水:采用變頻供水,先以儲水箱A為供水水箱,當(dāng)儲水箱A內(nèi)的水水位L-1低于一個水位時,電磁閥DCF2-1自動關(guān)閉,系統(tǒng)自動切換到儲水箱B,電磁閥DCF2-2打開。
b.輔助能源(電鍋爐B):當(dāng)水箱A內(nèi)的水位低于2個水位時,電鍋爐B自動切換到水箱B,監(jiān)測水箱B的溫度,若溫度低于30度,電鍋爐啟動,將水加熱至30度停止,半小時后系統(tǒng)監(jiān)測水箱B溫度,若水溫度低于40度,電鍋爐啟動,將水箱B內(nèi)的水加熱至40度,停止加熱,再過半小時后系統(tǒng)自動監(jiān)測水箱B內(nèi)的溫度,將水箱B內(nèi)的溫度加熱至50度停止加熱。當(dāng)水箱B內(nèi)的水位到達(dá)2個水位時,鍋爐自動切換到下一個水箱,進(jìn)行系統(tǒng)檢測加熱,依次類推。
c.防凍循環(huán):當(dāng)樓頂管道溫度T1-2低于5度時,進(jìn)行防凍循環(huán),循環(huán)泵P1啟動。循環(huán)到10度停止。
e.過熱保護(hù):當(dāng)集熱器的溫度高于95度時,散熱器開始工作將管道溫度降至80度。
溫差循環(huán)泵P與Pb一備一用,兩臺循環(huán)泵交替使用,避免水泵工作時間過長,壽命降低。
f.軍團(tuán)菌為需氧革蘭陰性桿菌,是一種人類單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞內(nèi)寄生菌,軍團(tuán)菌喜水、存活時間長,生存的溫度為0~60℃,在60℃迅速死亡,系統(tǒng)設(shè)計(jì)將每周對水進(jìn)行高溫加熱至60℃,防止軍團(tuán)菌的滋生。
三、太陽能熱水工程閉式系統(tǒng)(承壓系統(tǒng))重要項(xiàng)校核計(jì)算及說明
1、直接系統(tǒng)
集熱器集熱面積
2、間接系統(tǒng)的集熱器集熱面積
間接式系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)之間通過換熱器換熱,由于換熱器內(nèi)外存在傳熱溫差,使得在獲得相同溫度熱水的情況下,間接系統(tǒng)比直接系統(tǒng)的集熱器運(yùn)行溫度高,集熱器效率低,所需的集熱器總面積比直接系統(tǒng)大,需要在直接式系統(tǒng)計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行面積補(bǔ)償。
間接系統(tǒng)的集熱器總面積可按式3-25計(jì)算
3、換熱器選擇計(jì)算
選型的主要任務(wù)是計(jì)算板式換熱器有效換熱面積,計(jì)算如下:
熱流量
對數(shù)平均溫差
當(dāng)板間流速為0.3~0.5m/s時,可按(水(汽)——水:K=3000~5000;水(汽)——油:K=400~1000;油——油:K=175~400)估計(jì)。
板間流速
流經(jīng)板式換熱器產(chǎn)生的壓力降,對于水來說當(dāng)板間流速不大于0.4m/s時,。具體不同廠家的產(chǎn)品阻力略有不同,具體選型時可乘以1.2的系數(shù),也可跟廠家直接聯(lián)系溝通數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。
換熱器選擇注意點(diǎn):
換熱器選擇時要根據(jù)換熱量,一次側(cè)進(jìn)出水溫度,二次側(cè)進(jìn)出水溫度進(jìn)行換熱面積的計(jì)算,選擇時要加上一定的余量,一般都是乘以1.2的系數(shù)。
換熱器選擇時一定要跟連接的管路管徑相匹配,一般應(yīng)使管路的管徑小于換熱器管束的直徑。
換熱器選擇時要明確換熱器的阻力特性,以便在以后的動力設(shè)備選型時準(zhǔn)確計(jì)算管路阻力損失。一般都要乘以1.2的系數(shù)。
換熱器的流速不宜過大,以使換熱充分。
換熱器串聯(lián)時,接口尺寸要一致,或者皆比所連接的管子的直徑大才合適。
4、膨脹罐
間接式太陽能熱水系統(tǒng)的太陽能集熱系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置膨脹罐以吸收由于溫度變化所引起的膨脹量變化,膨脹罐前應(yīng)設(shè)置一定容積的冷水容器以防止膨脹的介質(zhì)直接進(jìn)入膨脹罐對隔膜或膠囊造成破壞,膨脹罐的容積應(yīng)在常規(guī)計(jì)算的基礎(chǔ)上擴(kuò)大至少10%以考慮熱媒可能沸騰所需要的容積。在水加熱器和止回閥之間的冷水進(jìn)水管上以及熱水回水管的分支管上均應(yīng)設(shè)置膨脹罐。
膨脹罐的形式有隔膜式壓力膨脹水罐和膠囊式壓力膨脹水罐。
在實(shí)際工程中,我們經(jīng)常使用的是隔膜式膨脹罐。
隔膜式膨脹罐較之普通型膨脹罐的優(yōu)點(diǎn)有:
?、俑裟⒖諝馀c水隔離開,空氣不會被水重新吸收,所以隔膜式膨脹罐不需要定期排水以免水澇發(fā)生。
②由于沒有水澇發(fā)生,就不會由于安全閥泄水而補(bǔ)充新鮮水,而由此帶來的系統(tǒng)腐蝕問題則會避免。
?、鄹裟な脚蛎浌薜目諝鈮毫梢愿鶕?jù)系統(tǒng)注水后的靜壓調(diào)節(jié),使系統(tǒng)加熱前幾乎沒有水進(jìn)入膨脹罐,因此膨脹罐的體積及重量更小。
?、茴A(yù)壓空氣為密封狀態(tài),因此膨脹罐(理論上)可以安裝在系統(tǒng)任何位置。
⑤普通型膨脹罐要求的鍋爐接頭不再需要。
正確選擇的隔膜式膨脹罐應(yīng)該在系統(tǒng)水加熱到最高溫度時,其壓力低于安全閥設(shè)定壓力0.3巴左右。低于設(shè)定壓力0.3巴的富余量能防止安全閥泄水。同時也方便將安全閥安裝在膨脹罐接口的下端。
隔膜式膨脹罐選型的第一步是計(jì)算空氣預(yù)壓值,通過公式計(jì)算:
Pa=Ps+0.3
式中:
Pa=空氣預(yù)充壓力(bar)
Ps=系統(tǒng)靜壓(bar),指膨脹罐的接口到系統(tǒng)最高點(diǎn)的這段距離的水柱壓力,比如此距離為10.2米,系統(tǒng)靜壓則為1bar。
正確的空氣預(yù)充壓力是膨脹罐入口處的靜壓,加上系統(tǒng)頂部0.3巴的額外量。在系統(tǒng)注水前,需要將膨脹罐的空氣預(yù)充壓力調(diào)節(jié)到計(jì)算出來的空氣預(yù)壓值。膨脹罐殼體上的充氣閥可以實(shí)現(xiàn)加氣或放氣:加氣可以通過一個小的空氣壓縮機(jī)或自行車氣筒實(shí)現(xiàn),在加氣時需要使用一個精度為0.1巴的氣壓表檢測。
正確的空氣預(yù)充壓力保證膨脹罐隔膜在系統(tǒng)注水后未加熱時完全膨脹到殼體。如果空氣預(yù)充壓力低于計(jì)算值,系統(tǒng)在未加熱時就有一部分系統(tǒng)水進(jìn)入到膨脹罐里面,因此當(dāng)系統(tǒng)加熱時膨脹罐的容積不夠??諝忸A(yù)充壓力不夠就等同于膨脹罐容積偏小,會造成每次系統(tǒng)加熱時安全閥泄水,這種情況必須予以避免。
計(jì)算了空氣預(yù)壓值后,可以通過公式2計(jì)算膨脹罐最低容積:
V=△eXC/1-(Pi/Pf)4-13
式中:
V——膨脹罐最低容積(升);
△e——水加熱膨脹系數(shù)差,即水加熱到最高溫度的系數(shù)—水冷卻時的溫度系數(shù);
C——系統(tǒng)總水量(升);
Pi——起始壓力,為Pa+1, 即計(jì)算的膨脹罐空氣預(yù)壓值+1bar的大氣壓(bar);
Pf——最終壓力,安全閥設(shè)定的最大壓力+1bar的大氣壓。
水加熱膨脹系數(shù)‘e’—相對于水溫在4℃時體積的膨脹系數(shù)
5、防過熱保護(hù)
太陽能系統(tǒng)在太陽能輻照量較好的夏季,若用水量持續(xù)偏小或不用水,將會造成系統(tǒng)溫度過高,系統(tǒng)壓力增加。在這種工況下,太陽液(傳熱介質(zhì))穩(wěn)定性差,同時對太陽能集熱器自身的壽命有一定的影響。
為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn),保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行,在系統(tǒng)中安裝了過熱保護(hù)器。當(dāng)三個水箱中的溫度均超過80℃,太陽能集熱器的溫度超過90℃時,常開電磁閥DCF5關(guān)閉,將太陽能過熱保護(hù)器串聯(lián)在集熱系統(tǒng)中,進(jìn)行散熱;當(dāng)三個水箱中有一個水箱中的水溫低于80℃或集熱系統(tǒng)中的溫度低于90℃時,關(guān)閉電磁閥。
根據(jù)以上統(tǒng)計(jì),太陽輻射強(qiáng)度取值1000w/㎡,系統(tǒng)集熱面積為178.4㎡,采光面上的輻射強(qiáng)度為178.4KW。集熱效率為0.5,則太陽能集熱系統(tǒng)收集的熱量為89.7KW。
查閱2001年5——8月份日輻射量,最大日輻射量為27.82MJ;2002年5——8月份日輻射量,最大日輻射量為27.78MJ。按照該輻射量計(jì)算每天的熱量分別為2481.54MJ(集熱效率為0.5)和2233.38MJ(集熱效率為0.5)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)選用2481.54MJ為每天的得熱量。
由上圖曲線不難發(fā)現(xiàn)太陽能輻射量最大值持續(xù)時間均為1天。日輻照量超過26MJ時,持續(xù)時間不超過3天;日輻照量超過20MJ,平均值在24MJ左右時(出現(xiàn)在5月份),持續(xù)時間最多10天,此時每天集熱系統(tǒng)的平均集熱量為2140MJ左右。
過熱保護(hù)設(shè)備及方案:
過熱保護(hù)采用空調(diào)冷卻水箱,冷卻水箱尺寸為18m×2.85m×2m。冷卻水箱中水位高度1.8m,水箱中水的重量為92.34噸,水溫通常為20℃。
太陽能集熱器得到得熱量部分(80%)通過換熱器加熱冷卻水箱的冷水,若再有剩余排放部712MJ,每天排放熱水量為:
需要排放熱水代出的熱量為:2140-1712=428MJ
冷水溫度按20℃,出水溫度按80℃計(jì)算,每天需要排放的熱水量為1.7噸。
換熱器的型號:
散熱量為1712MJ,散熱溫度80℃,冷卻水溫度20℃。
根據(jù)換熱廠家提供的型號為:LFP-R-0.23。
冷卻水箱中安裝浮動盤管換熱器,生活水箱中的水溫達(dá)到80℃且集熱器的溫度達(dá)到90℃時,打開循環(huán)水泵,將生活水箱中的熱水通過換熱器加熱冷卻水箱的冷水,達(dá)到降溫的目的。
6、集熱器布置說明
集熱器完全按照與建筑結(jié)合的要求,采用鋼結(jié)構(gòu)固定在樓頂,與建筑混為一體,集熱器分上下兩排分布,兩臺間距為180mm。管道采用紫銅管。
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