多层住宅常用的太阳能热水系统；

1。分散式(整体式)开放式太阳能热水系统(内置电辅助加热)

特点:集热板置于屋顶，集热水箱标高高于集热板标高。

设计要注意:

(1)取水点水压不平衡的问题；

(2)顶级用户热水压力小于0.05MPa

(3)太阳能集水箱的进出水管可以使用同一根管子。

2。分散式(整体式)封闭式太阳能热水系统

特点:集热板放置在屋顶或阳台，热水箱的标高可以高于或低于集热板，内置电辅助加热或外置燃气热水器辅助加热。

设计要注意:

(1)热水箱的进水管和出水管应分开设置。

[2]集热板放置在阳台时，集热板应有防止人员坠落的安全措施；还要检查底层用户集热板日照时数是否小于4小时(房屋建筑间距按不小于2小时的日照时数确定)。

高层住宅常用的太阳能热水系统；

1。集中式(集中集热、分散蓄热)封闭式太阳能热水系统

特点:集热板置于屋顶，与室内储热水箱间接换热。如图1所示，电热水器可以安装在室内热水储水箱中。室内储热水箱也可配外置燃气热水器，如图2所示。

设计要注意:

(1)集热板与室内蓄热水箱之间的热交换循环管道应布置在同一流程中。

(2)循环水泵用电量单独计量，循环水泵运行费用可与电梯运行费用一并计算，太阳能热水系统不单独向用户收费。

2。集中式(集中集热和集中蓄热)封闭式太阳能热水系统

【/h/】特点:集热板和储热水罐放在屋顶，储热水罐是封闭的。室内安装热水器辅助加热，如图3所示。

设计要注意:

(1)热水储水箱由高区冷水管供给；

(2)每户冷水、热水进水管采用水表计量，热水系统循环水泵、回水泵用电量单独计量，其运行费用可与电梯运行费用一并计算，太阳能热水系统不单独向用户收费。

(3)由于低区冷水和热水来源不同，应采取措施解决低区用水点的水压不平衡问题(在低区热水支管上设置减压阀)。

3。分散式(整体式)封闭式太阳能热水系统

【/h/】特点:集热板置于阳台，热水箱标高可高于或低于集热板，内置电辅助加热或外置燃气热水器辅助加热。

设计上要注意:集热板要有防止人员坠落的安全措施；还要检查底层用户集热板日照时数是否小于4小时(房屋建筑间距按不小于2小时的日照时数确定)。

公共建筑中常用的太阳能热水系统:

1。集中式开放式太阳能热水系统

特点:集热板、集热蓄热水箱置于屋顶，集热蓄热水箱为开放式。参见图4。

设计时要注意:热水变频增压泵的扬程要满足取水点的冷热水水压平衡的要求。

2。集中式封闭式太阳能热水系统

特点:集热板和集水箱放在屋顶，集水箱是封闭的。参见图5。

设计时要注意:热水系统的膨胀水箱应设在屋顶，这样可以减小膨胀水箱的体积。计算膨胀水箱容积时，系统水量应包括闭式蓄热水箱的容积。

游泳池水加热的普通太阳能热水系统；

特点:集热板置于屋顶，间接加热。参见图6。

设计要注意:

1。根据正常运行时的耗热量计算集热板的数量。主池水供热不足由辅助热源补充，节省投资；

2。池水不能直接加热；

3。板式换热器应采用通水侧水头损失小于2m的产品，板式换热器的材料应为316L。

中央热水系统设计思路及案例介绍；

设计小时耗热量:

设计小时耗热量:热水供应系统中用水设备和器具在最大周期内的小时耗热量。

-建筑给水排水设计规范(GB50015-2003(2009年版)2.1.87)

相关概念:热水系统的设计逐时热水量、平均逐时耗热量、逐时变化系数。

全时热水供应系统和定期热水供应系统:

全天、轮班或营业时间连续供应热水的系统为全时热水供应系统；在全天、轮班或营业时间的某个时间供应热水的系统是定时热水供应系统。

-建筑给水排水设计规范2.1.79A和2.1.79b。

供热和蓄热:

设计逐时供热:热水供应系统中供热设备在最大时间段内的逐时产热量。—《建筑给水排水设计规范》2.1.87a

蓄热:由热水器和蓄热设备储存的热水转化而来的热量。

换算方法:储热=热水储存量×热水密度×温差×比热。使用容积式热水器时，耗热量、供热量和蓄热之间的关系为:供热量=耗热量-蓄热/t。

蓄热的调节作用:

1)调节供热与最大小时耗热量之差(容积式加热器)；

2)调节每秒供热量与设计耗热量之差(半容积式热水器)；

3)当系统没有蓄热能力时(即热型、半热型):

热源应满足每秒耗热量的需求；

可靠灵敏的温度控制装置；

传热系数:

传热系数k:地表热水器在特定工况下(流量、流型、换热界面材料等)单位面积传热的能力。).这个值反映了热水器的工作效率。

传热系数≠导热系数，在一定的物质条件下，导热系数为定值，导热系数为变量值；实际换热器的传热系数应通过实验确定。

影响传热系数的因素:1/K=1/α1 δ/λ 1/α2。

α1-热媒对换热管内壁的对流传热系数与热媒速度的0.8次方成正比；

α2-换热管外壁到被加热水的对流换热系数与被加热水流速的0.8次方成正比；

δ——换热管壁厚、腐蚀和结垢的总厚度；

λ-热管壁导热系数、腐蚀和结垢；

提高传热系数k的措施:

1)提高热媒和被加热水的流速，增加湍流程度，从而提高对流换热系数；

2)选择合适的加热器材料，控制腐蚀和结垢；

系统组件:

加热设备:

供热设备分类:直接供热和间接供热。

直热:热水器、热水器、加热水箱...

间接加热:水-水和汽水换热器(容积式、半容积式、半即热式、即热式等。)...

蓄热设备:开放式(水箱)和封闭式(水箱)；蓄热和蓄热加热(容积式加热器)。

热水器的选择要求:

热效率高，节材、节能、节地；

热水侧阻力小(规范推荐小于0.01MPa)，有利于冷热水压力平衡；可靠、安全且易于维修。

蓄热设备的选择要求:

有效蓄热容积系数大，低温区和滞水区少；

温控系统可靠，出水温度稳定。

不同热水器的结构特点:

U型管换热器及其发展:

其他形式的热交换器:

常见热水器性能对比:

板式换热器储水罐与导流式容积式热水器的比较；

向加热器和供水点供水:

1)热水管材料选择要求:耐热性、耐腐蚀性；

连接方便可靠；(机械连接、焊接、焊接和粘接)

符合生活饮用水卫生标准；

2)普通管道

金属管道:薄壁铜管、薄壁不锈钢管；(机械连接或焊接)

塑料管:PP-R、PB、PEX；；(焊接)PVC-C(粘合)

复合管:衬塑钢管(内衬PP-R、PEX、PVC-C，机械连接)和铝塑复合管(外覆PP-R、PEX，机械连接焊接)；

3)管道布置要求

冷热水管道水力同步，主回水点回水管道水力同步；

合理设置活动支架、固定支架和膨胀节，避免温度变化引起的变形和压力损坏管道；(尤其是塑料管)

选择合理的保温材料和合理的保温厚度；(节能、节材、省时空)

通过强制流动保持管道中的水温:

1)循环泵流量的确定

A)系统绝缘:补充系统的热损失:

B)一次加热:15 ~ 30分钟内将管网中的水全部送回加热设备；

2)循环泵扬程的确定

克服循环水通过供回水管网的水头损失:Hb=hp hx。

由于计算过程复杂，在实际工程中可以通过以下几种方式进行计算:

Hb=1.1×[R(L L') H2]

[/h R—单位长度的水头损失，可为0.1 ~ 0.15 kPa/m..

[/h L————从热水器到最不利点的供水管长度；

l' ——回水管中最不利点至热水器的回水管长度；

[/h H2——热水器的水头损失。

其他组件:

1)封闭膨胀水箱、安全阀、膨胀管——防止热水系统加热后压力过高。

A)封闭式膨胀箱

适用条件:日热水消耗量大于30m3的封闭系统；

总体积计算公式:

Ve-膨胀箱的总容积；

ρf——加热前水的密度，24小时加热的水温，24小时加热的冷水温度；

ρr-加热后水的密度；

P1——膨胀罐处管道内压力为0.1MPa；

P2——膨胀罐最大允许压力，1.10P1；

Vs-系统中热水的总体积；

根据上述条件简化后:

B)安全阀

适用条件:日热水用量小于等于30m3的封闭系统；

注意:

需要引至安全的地方排放；

压力可设定为热水系统工作压力的1.1倍；

C)膨胀管

工作原理:利用特定高度排放的介质进行泄压和定压；

适用条件:有高位无报价水箱；

注意:设置高度不能太高(超压)，也不能太低(失水)；

2)排气阀和排水阀——保证系统平稳运行，维护方便。

设置要求:高处排气，低处排水；有条件的优先使用配水点。

3)温控阀——控制热水器出水温度稳定。

自力式温控阀:精度低，可靠性差，价格低；

电动温控阀:精度高，可靠性好，价格高；

安装位置:热媒管道上。

设计理念:

使用需求分析:

1)加热范围:

注意是否有用水量大的地方；

注意是否有定期供暖的场所或对采暖期有特殊需求的用户；

类似的地方还有卫生间、洗衣房、厨房等。这些场所应配备独立的热水管网或供暖设备。

2)用水行为特征:

用水行为可以简单地分为两种类型:用水疏散型和用水密集型:

前者包括大部分场所(酒店、办公室、住宅等。)即采用全时热水供应系统；后者包括所有使用常规热水供应系统场所和一些使用全日制热水供应系统的场所(幼儿园等。).

前者比后者用水不均匀性小；

计算耗热量时，前者采用人员定额(水建规5.3.1-1)，后者采用器具定额(水建规5.3.1-2)。

3)加热温度:

安全:用水点温度不宜过高，以防烫伤，尤其是在使用者自我保护能力较弱的场所，如幼儿园、养老院、精神病院、监狱等。

卫生:热水器的温度不能太低，以防军团菌滋生。(军团菌的适宜生长温度为20~50℃)

节能:当使用可再生能源或热源品位较低时，在安全卫生的前提下，选择合适的热水温度，减少换热环节的热量损失，减少二次加热能量的消耗；

防垢:热水器的温度不能太高。温度越高，结垢越严重。

综上所述，适宜的热水温度为55 ~ 60℃；采取适当的消毒灭菌措施时，也可以降低到满足出水点温度。

4)舒适度要求

包括热水流量、压力、温度调节、响应时间等。

热源条件分析:

1)可再生能源和“免费”热(余热、废热)的政策要求和综合效益；

常见的可再生能源:太阳能、水源热(地下水、地表水、污水)和空气源热；

常见的“自由”热:制冷机组余热、工业余热；

2)传统热源的可靠性和经济性

在保证供应的情况下，选择顺序是:

市政供热管网-燃气(油)热水机组-电热水设备。

耗热量计算:

1)排水型:

[/h Kh——小时变化系数；m——以水计算的单位数；

[/h QR—-热水消耗定额；tr——热水温度；

tl—计算冷水温度；(若不按最不利工况考虑，应根据设计保证季节的实际情况取。)

[/h C——水的比热；ρr——热水密度；t-每日使用时间。

2)水密集型:

[/h qh—-卫生洁具每小时热水定额；tr——热水温度；

tl—计算冷水温度；n0-卫生洁具的数量；

b—同时用水的百分比；c——水的比热；

ρr-热水密度；t-每日使用时间。

3)综合计算

在有多个热水使用场所的建筑中使用同一热源时，总设计小时耗热量应按该场所同时用水高峰期的设计小时耗热量加上其他场所的平均小时耗热量计算；

必要时，按小时计算；如果有的地方在其余地方供暖的时候处于非供暖期，就要扣除这部分的耗热量。

4)系统设计

确定合理的供暖时间(全天、定时)、系统配置(分散式和组合式)、供暖温度和热源；

根据用水需求，选择合适的供水方式(开式和闭式)和循环方式(全循环和部分循环)；

选择合适的加热(储存)设备；

选择合适的循环设备；选择系统附件；

主设备间布局:

机房的进、排气、排水、噪声对邻室及周围环境的影响要慎重考虑；

机房布局要充分考虑维护需求，尤其是加热盘管的维护和更换。管网的合理布局。

案例介绍:

项目概述:

某高层综合楼工程位于浙江省嘉兴市。地下一层为停车库及设备间，一至三层为商业，四层为酒店大堂，设备层至二十层为酒店式公寓。

使用需求分析:

本项目有集中热水供应需求的地方是公寓内的卫生间，没有其他用水量大或有特殊采暖需求的地方。

项目为水疏散场所，供暖时间24小时；

由于无特殊要求，热水器出水温度设为60℃；

用户对热水供应的压力、流量、温度调节、响应时间没有特殊要求，均按规范中的推荐值选用。

热源条件分析:

根据当地气象条件和政策，不具备可再生能源、余热、余热利用条件；

项目周围的市政道路可提供可靠的气、电通路。

耗热量计算:

[/h Kh——小时变化系数；

[/h m— ——计算有水的单元数；

[/h QR—-热水用量定额，90L/床d；

[/h tr—-热水温度，60℃；

[/h tl— ——计算冷水温度，嘉兴地区取5℃；

[/h C——水的比热，4187j/kg℃；

ρr-热水密度，60℃时热水密度为0.983kg/L；

[/h T—-日常使用时间，24h，86400s；

根据压力控制要求，系统垂直分为三个区域:4-8层为I区，9-14层为II区，15-20层为III区。

各区耗热量计算如下:

系统设计:

1)加热时间、热源、系统配置和加热温度:

酒店式公寓热水采用集中全时供暖系统；

利用常压燃气锅炉制取的高温热水(95℃ /75℃)作为热媒制取生活热水；

每个小区配一台换热器，换热器出口温度设为60℃；

2)供水方式和循环方式:

为保证冷热水压力平衡，采用闭式热水供应系统，换热器采用半容积式水-水换热器；

设置机械主管循环系统，保证出水点温度。

3)加热设备的选择:

以I区为例:

计算热交换器的加热面积:

[/h Fjr——地面热水器的加热面积，m2；

[/h Cr—-热损失系数，1.1；

[/h Qz—-准备加热，177953W W

[/h ε—-不均匀系数，0.8；

[/h K—-传热系数，半容积换热器，950 W/m2℃；

[/h δTJ—-计算温差，

选择热交换器:

因此，选择了两台HRV-02-1.2(1.6/0.6)半容积式换热器。

单台换热器:V=1.17m3，Frj=3.6m2，φ = 900mm，H=2348mm，运行重量1914kg。

检查蓄热:

根据储存20min的小时量热计设计，储存的热水量(60℃)为:

目前实际储存60℃热水2.34m3，符合要求。

对于区域II和区域III分别选择相同的方法:

有两台HRV-02-1.2 (1.6/0.6)半容积式换热器，单台换热器:V=1.17m3，Frj=3.6m2，φ = 900mm，H=2348mm，运行重量1914kg。

4)循环泵的选择

以I区为例:水泵流量。

QB≥qx = 1557升/小时= 1.56立方米/小时

[/h qx—-全天热水供应的循环流量，l/h；

[/h Qs——配水管道的热损失，取设计小时耗热量的5%；

δt——热水在配水管路上的温差，取5℃。

ρr-热水密度，60℃时热水密度为0.983kg/L；

泵头

Hb = 1.1×[R(L L ')H2]= 1.1×[0.10×(100 100)0]= 22.0 kpa = 2.2m

[/h R——单位长度水头损失，R=0.1~0.15kPa/m，本工程取0.10kpa/m..

[/h L————从热水器到最不利点的供水管长度，100m；

l' ——回水管中最不利点至热水器的回水管长度，100米；；

[/h H2——热水器的水头损失可以忽略不计。

设备选择:

据此，选用两台TP32-60/2循环泵(一用一备)，单台水泵Q=3.0m3/h，H=5.0m，N=250W。

对于区域II和区域III分别选择相同的方法:

有两台TP32-60/2的循环泵(一用一备)，单台水泵Q=3.0m3/h，H=5.0m，N=250W。

5)封闭式膨胀水箱的选择

以I区为例:

[/h Ve——膨胀水箱的总容积，l；

ρ f ——加热前水的密度。全时供暖，40℃热水密度为0.992kg/L；

ρ r指水加热后的密度，60℃热水的密度为0.983kg/L；

[/h P1——膨胀罐处管道内的压力，MPa；

[/h P2——膨胀罐的最大允许压力，1.10P1，MPa；

[/h Vs——系统中热水的总体积，约3000 l；

据此选择了750mm× H1998mm，V=414L的OT-400H闭式膨胀罐。

对于区域II和区域III分别选择相同的方法:

ot-400h闭式膨胀水箱一台，750mm× H1998mm，V=414L。

6)布置主机房。

7)管网设计

其他

固定支架的设置应如图所示:热水管固定支架的间距应根据管道的热膨胀和膨胀节的允许补偿量确定。固定支架应设置在变径、分支、接口及穿越承重墙和楼板两侧等处；

热媒管道系统的设计(热媒管道、集水器等。)应在计算热媒消耗量后确定。

集热集中、分户蓄热的太阳能热水系统；

系统组成:太阳能集热器、缓冲水箱、室内蓄热水箱、水泵、管道、管件及其控制系统。

集中供水方式:屋顶安装太阳能集热器，住户安装蓄热水箱。储热罐内设有换热盘管，热媒通过水箱内的换热盘管将太阳能的热量交换给室内储热罐，加热储热罐内的冷水，为家庭提供生活热水。当太阳能因天气原因无法满足居民热水的水温要求时，各家各户会根据情况启动储热水箱内的电加热，以满足居民对热水的要求。

集中集热分户蓄热太阳能热水系统运行原理；

集热器是用来吸收太阳的热量，加热集热器里的水。当集热器中的水温高于集热供水管中水的设定值时，水泵开启，集热器和立管循环。当蓄热水箱中的水温低于集热循环回水立管温度的设定值时，电磁阀打开，循环立管与室内蓄热水箱进行热交换；当集热循环的回水立管温度低于储热罐温度时，循环停止。当室内储热水箱中的电加热开启时，电磁阀关闭，不与循环立管进行热交换。比如长时间没有出水点，立管里的水就变冷了。此时电磁阀打开，立管内温度相对较低的水返回集热器重新加热。

设计计算:

1。#建筑热水量的确定。

二。太阳能集热器总面积(组数)的确定

一般来说，全年使用的太阳能热水系统计算采用年平均气象参数，重点是春、夏、秋三季使用的太阳能热水系统，计算公式采用春分或秋分月份的月平均气象参数，冬季使用的太阳能热水系统计算采用12月的月平均气象参数。直接太阳能热水系统中太阳能集热器的总面积可以根据系统的日平均用水量和水温来确定。集热器的负荷为80Kg/㎡。直接系统太阳能集热器的总面积可根据以下公式计算:

其中:AC为直接系统集热器的总面积，㎡；

[/h Qw—-日平均用水量，kg；

[/h C——水在恒压下的比热容，4.187 kJ/(kg℃)；

[/h tend——热水储水箱中水的设计温度，℃;

[/h ti——水的初始温度，℃;

[/h JT— —当地集热器采光面年平均日太阳辐射量，kj/㎡；

[/h f—-太阳能保证率，%;根据系统使用寿命期内的太阳辐射、系统经济性、用户要求等因素，确定为30% ~ 80%，一般为60%；

[/h ηCD——集热器的年平均热效率；根据经验，取值在0.25 ~ 0.50为宜，具体值应根据集热器产品的实际测试结果确定；

ηl——储水箱和管道的热损失率；根据经验，合适的值为0.20 ~ 0.30。

得出Ac= m

太阳能系统主要设备:

平板太阳能集热器由盖板、集管、太阳能集热板芯条、保温层、框架和背板组成。

平板集热器的安装方法:

水平集管器:

集热器的基本做法:

管道保温做法:

太阳能恒温供水系统太阳能集热器支架示意图:

本文来源于网络，由暖通南社编辑。

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