平板太阳能热水系统的设计（中）
来源：中国太阳能产业联盟网
分为热轧管和冷拔管两种，广泛用于压力较高的管道，如高压供热系统和高层建筑的冷、热水管。以外径X壁厚表示。
B．有缝钢管
焊接钢管通常称为有缝钢管（水煤气管）。壁厚不同，分为普通管和加厚管两种，普通钢管的工作压力不大于1MPa,加厚钢管的工作压力不大于1.6MPa。以公称直径DN表示。将有缝钢管镀锌处理后，其抗腐能力提高，内壁不易生锈，可以保护水质。镀锌钢管常用于生活饮用水管道及热水供应系统。
C．铸铁管
耐腐蚀性强，但质脆，承压能力低。分为给水铸铁管和排水铸铁管。其规格以公称直径表示，分低压、普压、高压三种。
D．聚氯乙烯（PVC）和硬聚氯乙烯（UPVC）管材具有良好的耐老化和耐化学腐蚀性能，可在-15℃60℃之间使用3050年。目前主要用于建筑给水、排水、落水、排污、穿线、通风等方面。
E．聚乙烯（PE）和高密度聚乙烯（HDPE）管材可耐多种化学介质侵蚀的管材，具有良好的挠性，可以盘卷，具有良好的耐冲击强度。主要用于输送水、可燃性气体、腐蚀性流体等。
F．交联聚乙烯（PEX）和聚丁烯（PB）管材PEX和PB管材完全无毒，使用温度范围最宽，为-70℃110℃，可输送90℃左右的热水，长期使用温度为95℃。PEX管材一般只有小口径管（20mm63mm），热膨胀系数较大，采用金属管件受压连接，其配件成本较高，连接时问题较多。PB管材适合制作小口径受压管，安装时可以熔焊与压接相结合，连接牢固。PEX和PB管材可作为包括饮用水和热水在内的各类流体。PEX比PB管材价格低30%50%。
G．无规共聚聚丙烯（PP-R）管材
具有耐压、保温等优点，长期使用温度为70℃，比较适合温水输送。它可以采用熔接方式连接，连接可靠，其废料还可再利用，是名副其实的绿色建材。
H．铝塑复合管（PAP）
有两种类型，一种是采用HDPE的PAP管材，只能用于低温介质的输送；另一种是采用PEX的PAP管材，气密性好，耐压较高，耐爆破应力大，热膨胀系数小，抗静电，使用寿命长，可输送包括饮用水和热水在内的各种流体，可在95℃高温和小于1MPa压力的条件下长期工作。PAP管的缺点是管材连接不能用热熔连接和胶粘接，只能用专用铜制管件，废品不能回收再用。
I．ABS管材
由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的共聚物或共混物。它是通用塑料中强度和韧性较好的一种。在-40℃100℃范围内能保持韧性和刚度。但它的耐候性较差。
J．铜管和塑覆铜管
随着人们对饮用水卫生性能的要求愈来愈高，铜管和塑覆铜管在城市的高层、超高层以及中高档商品房中大量使用。塑覆铜管一般是用含铜量99.9%的无缝T2紫铜管为基体，外壁覆上具有特殊造型的聚乙烯为主体及其它多种添加剂的保温层，经物理和化学反应相结合而成的的新一代供水管材，特别适合用做热水管。
K．薄壁不锈钢管和不锈钢保温管薄壁不锈钢管是厚度为0.7mm1.2mm的不锈钢板制成的15mm50mm的给水管，通过管壁薄壁化，可大大降低管材的成本。不锈钢管强度高，耐压、耐高温，使用寿命长，适用范围广，可广泛用于建筑的冷、热水供水系统。
2）常用管材选择：
A．GBJ15-88《建筑给水排水设计规范》（1997版）对管材的选用作了如
下规定：
a．对于洗浴热水供应系统，热水管管径小于及等于150mm时，应采用镀锌钢管和相应的配件；宾馆、高级住宅、别墅等建筑，宜采用铜管、聚丁烯管或铝塑复合管。
b．对于饮用水管，应采用铜管、不锈钢管、铝塑复合管、聚丁烯管，配件应采用与管材相同的材料。
c．对于给水系统，生活给水管径小于150mm时，应采用镀锌钢管或给水塑料管；管径大于150mm时，可采用给水铸铁管；生活给水管埋地敷设，管径等于或大于75mm时，宜采用给水铸铁管；生产和消火栓系统消防给水管一般采用非镀锌钢管或给水铸铁管，自动喷水灭火系统消防给水管应采用镀锌钢管或镀锌无缝钢管；根据水质要求和建筑使用要求等因素生活给水管可采用铜管、聚丁烯管、铝塑复合管、涂塑钢管、钢塑复合管等管材。
3）常用阀门种类：
A．闸板阀门无方向性，比较严密，安装长度较短，由于闸板阀的进出口和阀底在同一直线位置，故介质流动的局部阻力很小，异物也不易被阻塞，因而其常用作排污和管道系统或水箱底部的泄水阀。闸板阀门常用于作全开全闭的位置，不能用于蒸汽管道上，不宜用它作调节流量，如果闸板阀门长期处于半开半关的状态下工作，闸板的密封面会因受介质冲刷而不能密封严密。
B．截止阀和节流阀截止阀阀芯的端部是平的，节流阀阀芯是锥形的，安装时应注意介质的流向应该是下进上出。截止阀流体阻力大，调压作用明显，但不宜用在输送粘性介质的管道上。带橡胶密封的截止阀广泛用于冷水管道，铜阀芯密封的截止阀广泛用于热水和蒸汽管道上。
C．球阀及旋塞
球阀和旋塞是靠阀体内可以旋转的关闭件来打开和关闭阀门。当塞子中心的通孔与管路的进出方向一致时，阀门全开，垂直时阀门全关。球阀和旋塞启闭迅速，流动阻力小，流量大，操作简单快捷。但它密封面易磨损，适合低温低压和粘度较大的介质管道和要求快开快关的部位。
D．蝶阀
蝶阀可以围绕阀座内的一个固定轴旋转90，以实现蝶阀的开启和关闭。通过改变蝶阀的旋转角度，可以分级控制流量。蝶阀启闭迅速、方便，但因其密封材料是橡胶，因此多用于压力和温度较低的管道上。
E．逆止阀（止回阀）
逆止阀可使液体介质只能向一个方向流动，阻止其逆向流动。逆止阀有方向性，安装时应特别注意。
F．浮球阀
浮球阀可以自动控制水箱中的水位。
G．减压阀
减压阀的作用是降低管路介质的压力，使经过减压阀流出的介质的压力符合设计要求。
H．安全阀（泄压阀）
安全阀的作用是自动泄除管道或设备中过高的压力，当压力恢复正常后，自动关闭。
I．自动排气阀自动排气阀的作用是自动排出管路或设备内的空气，使系统正常工作。
J．电磁阀和电动阀电磁阀和电动阀的作用是根据控制元件给出的通断电信号，自动开启或关闭阀门，从而起到自动控制的作用。
4）常用阀门选择：
A．根据介质特性、工作压力和温度，选择阀体材料。阀体材料有灰铸铁、铸钢、铸铜、不锈钢等。
B．根据阀体材料、介质的工作压力和温度确定阀门的公称压力级别。低压阀门的使用压力PN1.6MPa，中压阀门的使用压力1.6MPaPN6.4MPa，高压阀门的使用压力10MPaPN100MPa，超高压阀门的使用压力PN>100MPa。
C．根据公称压力、介质特性和温度，选择密封面材料。使其最高使用温度不低于介质工作温度。
D．根据管道的管径计算值，确定阀门的公称直径。一般情况下，阀门的公称直径和管道的公称直径相同。
E．根据阀门的用途和要求，选择阀门的驱动方式。阀门的驱动方式有手动、电动、气动、液动、机械传动等。
F．根据管道的连接方式和阀体公称通径大小，选择阀门的连接形式。一般小管径的阀门采用螺纹连接，大管径的阀门采用法兰连接。
G．根据阀门的公称压力、公称直径、介质特性和工作温度选择阀门类别、结构形式和型号。
5）常用水泵选择：
A．泵的种类：
根据泵的工作原理，通常将泵分为以下三类：
a．叶片式泵
叶片式泵是由装在主轴上的叶轮产生旋转作用，对流体做功，使流体能量增加。根据流体的流动情况，又分为离心式、轴流式、混流式等。
b．容积式泵
容积式泵是靠机械运转时，内部的工作容积不断产生变化，对流体产生挤压，使流体获得能量。如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。
c．其它类型的泵
它是通过流体的相互紊动混合来传递能量，使流体能量增加。如射流泵、空气抽水机、漩涡泵、真空泵、水锤泵等。
B．水泵的工作参数
a．流量
流量是泵的重要参数之一，如果流量发生变化，其他参数（如扬程、功率、效率）也将相应的跟着变化。泵标牌上的流量，通常是指额定流量，泵的尺寸和形状是根据这一特定的流量设计的，因此又称为设计流量。一般泵在这个流量下工作，效率最高，如偏离这个流量，效率就会下降，偏离愈多，效率下降愈多。
b．扬程
泵的扬程是指泵能扬水的高度。泵标牌上的扬程，一般是指通过额定流量时的扬程，所以又称额定扬程。扬程的单位一般为m。
c．转速
泵的转速是指泵轴单位时间旋转的次数，单位一般为r/min。泵标牌上的转速，称之为额定转速，标牌上所标的扬程、功率等参数都是在泵的额定转速下运行，在额定流量下的参数。当转速发生变化后，这些参数都随之变化。一般情况下，泵的转速是不会变化的。
d．功率
泵的功率包括有效功率、轴功率和配套功率三种。有效功率是单位时间内，流过泵的流体从泵那里得到的能量。它可以用泵的流量和扬程进行计算。轴功率是指原动机输送给泵的功率，配套功率是指泵应选配的原动机的功率值。配套功率一般是轴功率的1.051.13倍。
e．效率
水泵的效率是指泵的有效功率与轴功率的比值。它是水泵比较重要的技术经济指标，铭牌上所标的效率是指这台水泵在额定转速下运行时可以达到的最高效率。
f．比转数
比转数又称比速，泵的比转数愈高，其流量就愈大，扬程愈小；反之，比转数愈低，其流量就愈小，扬程愈大。不同类型的泵，其比转数差别很大，离心泵的比转数一般在30300之间；混流泵的比转数一般在300600之间；轴流泵的比转数一般在5001400之间，某些低扬程的轴流泵的比转数可达1800左右。
C．水泵的选型
选择泵时，主要看其扬程和流量是否符合实际需要。
a．流量的确定
太阳能热水系统循环泵流量的计算方法如下：
Q=qA
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式中：q—系统设计流量（M~
/㎡·s）；一般取（3672）L/㎡·h
A—太阳能热水系统采光面积，（M2）
太阳能热水系统其它用途的泵的流量应根据其用途确定泵的流量。
b．扬程的确定
太阳能热水系统循环泵的扬程的计算方法如下：
H=（1.11.2）（Hs+Hx）
式中：Hs—太阳能热水系统提升液体介质（水）的高度，mH2O；
Hx—太阳能热水系统总流动阻力（沿程阻力和局部阻力之和），mHO。
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从上式可知：太阳能热水系统循环水泵的扬程取决于两个因素，一个是水
泵提升水的高度，另一个是系统循环回路的流动阻力。
c．关于提升液体的高度
水泵提升水的高度等于太阳能热水系统太阳能集热器水位与水箱水位的高度。
①对于闭式循环回路，Hs=0。
②对于开式循环回路，当水箱与集热器同在一个水平面上，且最高水位一样时，Hs=0；当水箱与集热器不在一个水平面上，或虽在一个水平面上，但最高水位不一样时，Hs等于二者最高水位的高度差。
d．关于系统循环阻力
①系统循环回路的流动阻力的计算可以分别计算沿程阻力和局部阻力，然后相加。
②也可以按沿程阻力值估算局部阻力值。
注意：
当集热器并联连接时，系统有多个回路，计算流动阻力时，应选择阻力最大的回路计算。集热器串联连接时，集热器的阻力较大，应单独计算。集热器阻力的计算应根据厂家提供的集热器的流体压降数值计算。根据经验，系统循环回路的流动阻力一般在25mH2
9．电气控制系统设计
1）设计原则：
A．最大限度的实现太阳能热水系统对电气控制系统的要求应弄清楚系统电气控制的要求，控制元件之间的关系，从操作和安全角度考虑应配置的指示和控制内容。
B．在满足生产工艺要求的前提下，力求使控制线路简单、经济。
a．尽量选用标准电器元件，选用相同的电器元件，减少电器元件的数量
b．选用经过实践考验的控制元件；减少不必要的触点，简化电气线路；
c．尽量缩短连接导线的长度；
d．在工作状态，除必要的电器元件必须通电外，其余的尽量不通电。
C．保证电气控制线路的可靠性包括正确连接触点，正确连接电器的线圈，避免出现寄生电路等。
D．保证电气控制线路的安全性应具有完善的保护环节，避免发生事故。如：短路保护、过电流保护、过载保护、漏电保护等。
E．力求操作、维护、检修方便
设置电气隔离，避免带电检修；设置手动、自动转换开关，以备急用；设置紧急情况下，人工停止按钮等。
