烟台嵛景华城小区平板太阳能热水工程（案例）
来源：中国太阳能产业联盟网
一、工程概况
工程名称：烟台嵛景华城小区二期阳台式平板太阳能热水工程本工程位于山东省烟台市，北纬3730′，东经12115′。总用户数为308户，共计11栋楼，建筑总面积为12.05万平米，其中小高层6栋，高层5栋。
工程地点：山东省烟台市烟台开发区秦淮河路
1.安装自然循环太阳能热水系统可行性分析自然循环太阳能热水系统的原理为利用热虹吸效应，平板集热器吸收太阳辐照过来的能量并将其转化为热能，传递给集热器内的介质（热媒），介质温度升高后密度变小，与水箱夹套内的介质形成自然对流，使得水箱内的介质温度上升，然后再将能量传递给水箱内的水，使得水箱内的水温上升。当在阴雨天气太阳能辐照无法达到设计条件时，温控器将控制水箱内置的电加热系统进行辅助加热，以满足用户的用水需要。
根据循环原理得出的循环条件是：
（1）水箱安装的位置要高于集热器30mm以上，以有利于循环。
（2）循环管道要一直保持向上的坡度，中间不能出现反坡现象。
（3）水箱和集热器的距离不能超过3.5米。从本工程给出的安装条件看，都能满足循环要求，所以本工程安装自然循环太阳能热水器是可行的。需要说明的是：41#楼A户型太阳能热水系统的水箱需要安装在室外。受到A户型南向卧室外侧布置楼顶集水管的影响，设计水箱位置位于A/B户型交界处。为了不影响整体外观和有效地保护水箱防淋、防晒等，建议甲方在水箱位置外侧加装防水栅格。
2.设计原则与目标
为满足小区家庭住户每日生活热水供应，体现太阳能利用最大化，热水利用最大化，运行成本最低化，我方结合甲方实际要求，提出如下的设计原则与
目标：
（1）提供小区住户家庭生活热水供应，保证全年平均日常热水温度为60±5℃。
（2）太阳能热水系统的安装既要保证各家庭住户的日常生活热水供应，又要保证不降低相邻住户的建筑日照标准，并做到不破坏建筑立面的整体造型风格。
（3）太阳能集热器的安装应满足建筑荷载要求和抗风功能要求，安装后不得对周围环境造成光污染。
二、设计施工说明
1．设计依据
（1）GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
（2）GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》
（3）GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
（4）GB/T6424-2007《平板型太阳能集热器》
（5）GB/T19141-2003《家用太阳能热水器技术条件》
（6）GB4272-92《设备及管道保温技术通则》
（7）GB50009-2001《建筑结构载荷规范》
2．设计参数
我们根据甲方要求及设计原则与目标，最终确定设计供水温度：60℃。供水量为每人每日5080L。取平均值，每人每天的最高供水额为60L，每人每天的平均热水供水额为30L。
A．太阳能热水系统配置设计
（1）水箱
以每户平均2.6人计算，设计水箱容量为80L。规格：外形尺寸ф480mm×840mm，空箱重量:42㎏水箱具有以下技术优势：
●水箱为搪瓷承压式水箱，内胆采用立式夹套形式，加热方式为采用防冻介质换热，夹套换热面积0.6㎡，换热效率达到91-95%，满足相关行业标准。出水压力由自来水提供，出水压力稳定，无需手动上水；
●外壳采用镀锌板喷塑表面处理，壁厚0.5㎜，颜色均匀，涂层耐腐蚀性和抗氧化能力强；不会对周围环境造成光污染；聚氨酯高压发泡，模发密度≥48kg/m。保温层厚度为45mm；
●内胆宝钢产SPCC专用搪瓷钢板，材质BTC-340R，壁厚δ2.0；
●高档搪瓷材料，进口美国福禄公司生产的搪瓷材料，耐高温、无污染、有韧性，搪瓷厚度0.2mm；
●全自动焊接，解决了焊接不均匀的问题。采用德国自动喷搪和滚搪技术生产工艺，采用两次搪瓷技术形成两层特护釉层，面釉可以防油污，底釉可以防生锈；
●承受高温骤变能力强，承受温度范围在-60℃450℃；
●耐酸、耐碱、耐高温，各种离子均不能渗透其表层，有效保证水质清洁。
（2）集热器
集热面积的计算，本系统为间接循环系统，采用以下公式进行计算：
首先应先计算直接系统的集热面积：
根据我公司平板集热器规格，我们取平板集热器总面积为2.0㎡，外形尺寸为2000mm×1000mm×80mm，重量32㎏。集热器特点：平板型集热器的工作过程是阳光透过玻璃盖板照射在表面有涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳能辐射能量后温度升高。要求：有一定的承压能力，与水的相容性良好，热工性能良好，即吸热板吸收太阳辐射量后转变成的热量能很快传递给水。一般阳台式使用的平板型太阳能集热器尺寸为1m×2m或2.5m×0.8m（也可特殊定制），设计条件下每平方米采光面积可产生45—65°的热水约70-130公斤左右。盖板：采用3.2㎜超白低铁布纹钢化玻璃，玻璃内部波纹处理具有磨砂玻璃阻挡视线的作用，即使在日照强烈的条件下，也不会因日光照射引起折射和反射的光污染。玻璃的含铁量小于80ppm，极低的含铁量保证了盖板的透过率，可见光直透率高达94％，太阳光直透率高达91.5％，发射率仅为3-5%；抗冰雹、抗老化。盖板与吸热板之间的距离为25㎜左右。板芯：平板型太阳能集热器采用国内领先的全自动激光整板焊接技术，成形质量好，热阻小，对吸热板表面涂层破坏最小，且更美观；先进的铜管冲孔翻边工艺，流道焊接后更牢靠。涂层：板芯选用德国Tinox磁控溅射蓝钛涂层，该涂层热吸收率≥95％±2，发射率≤5％±2，是当前世界集热效率最高的太阳能吸热涂层。壳体：边框采用整体咬合式结构设计，加厚型铝合金，保证产品使用寿命超过30年。同时设有专用防风连接件卡槽，确保户外固定强度更高，更美观。集热器背板采用机械整板压合，保证产品使用期间无渗漏，并提高了集热器的整体强度，从而保证了使用安全。
(3)辅助电加热
水箱中配有电辅助加热，当遇到阴雨天气时可采用电辅助加热，光电两用。根据电加热管的安装位置和水的分层原理，加热所需要的热量Q=CM(Tend-tL)=4.2×80/2×50=8400KJ设计100分钟可以加热到所需温度，水加热设备的热效率按95%计。则电辅助加热功率P=W/（T×η）=1474W实际区电辅助加热的功率为1500W。
（4）智能控制仪表
智能控制仪表主要有以下功能：
智能控制仪表的显示板通过水温探头实时显示水箱内水温；
●可以定温定时加热，当加热到预定温度时，自动关闭电辅助加热；
●可以设定恒温加热，当低于设定温度时自动开启电加热，当达到设定温
度时自动关闭电加热；
●漏电保护功能，当辅助电加热漏电时，自动断电；
（5）安全泄压装置
在水箱的进水口安装了安全泄压阀，使水箱内的压力恒定，确保使用安全。如水箱内压力过大，泄压阀会自动泄压，泄压时会有水从泄压口流出，起到保护水箱的作用。
（6）镁棒
镁棒具有防腐功能，保护水箱内胆不被腐蚀。
（7）管道管件及保温
系统的循环管道采用紫铜管连接，传递热量更迅速，管道耐热110℃,耐压1MPa。管道连接件全部采用黄铜件。循环管道保温采用聚乙烯材料保温，外面用包扎带包扎。
（8）导热介质
系统的导热介质具有防冻，防腐和防锈的功能。根据不同地区历史最低温我公司提供不同凝结温度的导热介质，烟台地区为提供能凝结温度-25℃的导热介质。
B．太阳能热水系统循环原理
阳台式太阳能热水系统采用自然循环的方式进行集热换热。这种集热方式水箱一定要高于集热器。阳光照射平板集热器，集热器板芯吸收热量，加热集热器中铜管的导热介质，集热器内的导热介质温度升高，密度下降，与水箱换热器中密度较大的冷介质因重力作用形成对流，周而复始，给水箱内的水加热。
2）水箱的固定方式说明
①卧式水箱②立式水箱
说明：储热水箱根据墙体承载能力分别处理。
做法一：钢筋混凝土及承重混凝土砌块（注芯）等墙体，用膨胀螺钉M10×110固定；
做法二：轻质隔墙及墙厚小于120㎜的砌体，用M16以上穿墙螺栓固定；
做法三：加气混凝土等非承重砌块，膨胀螺钉M10×110固定，并加托架支撑热水器水箱。
6．施工组织设计
施工阶段划分及控制点：
根据工程特点,施工周期大致可分为以下几个阶段：
第一阶段：施工准备（材料采购、设备生产、运输，设计施工图绘制，现场勘察）；
第二阶段：设备预留件安装（太阳能热水系统固定件的预埋安装）；
第三阶段：设备系统安装（太阳能热水系统安装）；
第四阶段：系统运行调试。
主要控制点如下：
施工准备阶段：在安装前先勘察现场是否具备安装太阳能热水系统的施工条件，根据现场实际情况确认设计预留固定件的可实施性，经各相关专业人员确认无误后，安排材料物资的采购、集热器等的生产、预埋件的加工制作。设备预留件安装阶段：在安装前确认现场是否具备安装太阳能热水系统的施工条件，根据现场实际情况确认设计预留固定件的可实施性，经各相关专业人员确认无误后，由土建施工队伍进行设备预留。设备安装阶段：严格执行现行国家施工验收规范规定，做到有目标、有步骤的进行。在施工过程中进行全盘考虑。管道、阀门、支架安装时，应确保支架的美观。系统运行调试阶段：确保系统能正常使用，保证工程的质量。设备安装施工步骤：
阳台分体式太阳能热水器设备安装施工主要包括几个施工步骤：
一 ) 集热器支架的安装
1、在混凝土浇筑的墙体上，按照集热器支架的尺寸分别使用 4 个膨胀螺栓或化学锚栓植入墙内，在砌体墙上则使用穿墙锚件。
2、支架安装时要用吊线测量，保证安装支架与水平垂直，与墙立面成 20°角度安装。
二 ) 平板集热器安装
1、集热器安装时采用压块固定，压块则由螺栓固定在支架上。
2、在使用过程中集热器盖板前不得有遮挡物遮挡阳光。
三 ) 水箱安装
按照设计安装要求，水箱安装阳台内及室外指定位置，设在建筑物的承重墙上。
按照水箱挂架的距离在墙面的适当位置打孔；将水箱挂架安装在需要位置。将水箱挂在水箱挂架上。
四 ) 管路安装
1．集热器与水箱之间循环管路的安装
集热器安装完毕后，将连接管件卡套内丝直接、补心、不锈钢波纹管（当连接管路为铜管时须将补心变更为卡套外丝直接和卡套外丝直接各 1 个）依次 连接好接至水箱集热循环进出口。
2．水箱自来水给水管路的安装
从冷水管路到水箱冷水口依次连接球阀、对丝、单向泄压阀、对丝、弯头 或管箍（根据现场实际情况确定），注意阀体上的标示的箭头方向应与自来水 流动方向一致。冷水总阀门要安装在所有管件的最前端，不得接错，且要保持常开状态。有条件的用户可以加装过滤阀，以提高系统的可靠性。
3．水箱热水供水管路的安装
从水箱热水口到热水供水管路依次连接弯头或管箍（根据现场实际情况确 定）、对丝、球阀，注意热水供水管路出水混水端应加装单向阀以防止用户家 的冷水（自来水）通过混水器（混水龙头）倒流到水箱中。阀体上的标示的箭 头方向应与热水供水流动方向一致。
五 ) 管路循环介质灌注
1．系统水压试验
A．向储水箱内注水：
打开热水出水阀，通过自来水的冷水口向储水箱里注水，待排净空气连续出水后，关闭热水出水阀，同时观察储水箱是否漏水，在使用过程中要确保冷水入口始终处于打开状态。
B．循环管路水压试验：
第一步：拧开注液阀的注液口帽，关掉注液阀中间大的截止阀（阀柄上的两个叶片与阀的轴线成90度为关闭，下图中的截止阀都为打开状态）并打开另两个小的截止阀；
第二步：把注液小车（注液小车中盛水）的出口接在一个注液口1上，保证水的流向与单向阀的安装方向一致，注液口2接到注液小车的回液口上，启动注液小车注水，此时仔细观察回流的水，直至回流的水均匀流淌、无气泡为止；
第三步：先关闭接到注液小车回液口上的截止阀，待注液小车的压力表显示系统压力为0.6-0.8Mpa时再关闭连接到注液小车出口上的截止阀，打开注液阀中间大的截止阀，拆掉注液小车。注：在注完水以后要在注液口帽中放入3/4纤维垫片并拧紧注液口帽，以防止水泄漏。
第四步：仔细观察连接点部位有无渗漏现象，10min内压降不得超过0.02MPa，不渗漏为合格。
2．循环介质灌注
经水压试验确认管路系统无泄漏后，方可开始灌注防冻液，防冻液灌注一二步操作同上。
第三步：先关闭接到注液小车回液口上的截止阀，待注液小车的压力表显示系统压力为0.3Mpa时再关闭连接到注液小车备出口上的截止阀；
第四步：缓慢旋转注液口2处的截止阀，当压力降到0.2Mpa时，关闭连接到注液小车出口上的截止阀，打开注液阀中间大的截止阀，拆掉注液小车。
六)管路保温
在系统处于工作条件下若无泄漏，即可包上保温层。第一步：管路采用30mm厚的橡塑或聚乙烯保温材料保温，所有裸露的循环管路均需要保温（包括室内）；
第二步：包完保温层后，将集热器传感线贴在保温层外部，保温层外部再用扎带缠紧（室外部分用铝箔胶带，以抵抗紫外线；室内部分用铝箔胶带或者空调用扎带，以保证外观美观）。
注：循环管路必须采用保温层保温，室外管路的保温厚度不小于30mm，室内管路的保温厚度不小于20mm，循环管路（包括管接头、三通、单向阀）不得有任何部位暴露在空气或墙体中。预埋管路未做保温时，禁止用其作为集热器和储水箱之间的循环管路。
七）仪表调试
按照说明书进行控制仪表的调试。
三、节能效益分析
1．太阳热水系统的年节能量
3．太阳热水系统增投资回收期
动态回收期计算法当太阳能热水系统运行n年后节省的总资金与系统的增加初投资相等时
