太阳能热泵热水工程系统设计

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1、太阳能热泵热水工程系统设计1.前言太阳能作为一种可持续使用的绿色能源，在我国已广泛开发使用，建设部根据国家可持续发展规律战略要求，已在民用建筑中积极推广使用太阳能热水器，并在全国范围内推广实施"阳光计划"。近年来，我国太阳能利用虽然取得了很好的节能效益，但在民用建筑中太阳能利用往往自成系统，作为建筑的后置设备安装和使用，即使是新建筑，也是简单的安装在屋面上。因为早期没有可执行的相关国家规范，太阳能热水器在建筑上布置极为随意，未预留管井，无位置随意占用烟道，集热器、热水箱的承载、防风、避雷等安全措施不健全，给城市景观、建筑的安全带来及不利的影响。笔者在参观昆明太阳能利用情况时，

2、看到许多类似的情况，已大大影响了市容市貌和建筑安全，致使国内有些城市禁止在建筑上安装太阳能热水器，并要求拆除已安装的太阳能热水器，这些都将制约太阳能热水系统在建筑中的利用。为使太阳能热水系统安全可靠、性能稳定，与建筑和周边环境协调统一，并规范太阳能热水系统的设计、安装和验收，推动太阳能热水系统在建筑中的利用，近年来国家先后出台了一系列相关规范和国标图集，有GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》、GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》、GB/T20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》、国标图集06J908-6《

3、太阳能热水器选用与安装》、06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》，以上标准都各具特色，特别是国标GB50364-2005是我国第一项有关太阳能热水系统在建筑中应用的国家标准，为我国太阳能热水系统在建筑中推广应用提供了技术依据。2.民用建筑太阳能热水系统设计要点及主要设计步骤2.1.民用建筑太阳能热水系统设计要点　　《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中（以下简称GB50364-2005）首先强调民用建筑太阳能热水系统设计应纳入建筑给排水设计中，建筑给排水专业人员在太阳能企业技术人员的配合下，依据规范GB50364-2005的要求，对太阳能热水系统进行设计，同时并应符

4、合国家现行有关标准的要求。2.2.基本情况分析2.2.1.建筑结构分析楼房为三层混凝土结构，地基长约为12m，宽为8m，单层建筑面积为96㎡，总建筑面积288㎡，屋顶斜度为30°，单层层高3.5米m，最高处为12.5m。居民数为15位，人均用水为100L。2.2.2.自然条件条件用户地处我国陕西南部地区，属温带季风气候区，年平均气温为16.2℃，太阳辐射量约为3200MJ/年·㎡，晴天平均日照时间为8.2小时。太阳能资源不是很丰富，因为选用热泵热水系统。陕西南部地区太阳能月积累辐射量（单位：MJ/㎡）2.2.3.系统产水量系统设计春、秋晴好天气日产55℃以上洗浴热水可以供给1

5、5人农村用户使用。晴好天气以太阳能为主，阴雨天气或阳光不足时，利用电辅助加热。全天候24小时供水。2.2.4.太阳能真空集热管（器）热性能参数太阳辐射吸收率≥93%，发射率≤6%，集热器效率≥53%2.2.5.该单位应提供的基本条件楼顶可供采光面积：满足使用；水源：满足使用（压力不低于1.5Mpa）；电源：电负载容量不低于2kw；辅助热源：利用电辅助加热；安装条件：符合要求。2.3.工作原理：本系统采用定温进水、温差循环的运行方式，晴好天气充分利用太阳能，阴雨天气或光照不足时，使用辅助加热。热泵热水器的基本原理：它主要是由压缩机、热交换器、轴流风扇、保温水箱、水泵、储液罐、过

6、滤器、电子膨胀阀和电子自动控制器等组成。接通电源后，轴流风扇开始运转，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到55℃左右，正好适合人们洗浴，这就是空气源热泵热水器的基本工作原理。2.3运行方式定温进水：当集热器温度达到设定温度值55℃时，上水电磁阀自动

7、开启，将集热器中的热水顶进储热水箱，集热器温度低于设定温度时，电磁阀自动关闭，停止上水。系统吸收太阳热量储存于集热器内的水中，使温度继续升高，然后再开启，再关闭。通过这样一个不断重复的过程，把太阳的能量转化为热能，直到把储热水箱的水加满。温差循环：储水箱水满后，只要有阳光辐射，集热器的水温必然继续升高，当集热器的水温高于水箱底部温度8℃时，循环泵启动，系统开始循环，水箱继续增温，直到两个水箱的水温接近时，循环泵停止工作。这样即可保证太阳能得到最充分的利用。热泵辅助：当光照条件不足或者冬季温度比较低的情况