DB37-149-2007太阳能系统设计规范.pdf

ICS27.080 J75 DB37山东省地方标准DB37/1492007替代 DB37/T 149-1992太阳能热水系统设计规范 2007-10-29发布山东省质量技术监督局 发 布 2008-01-01 实施DB37/1492007 前 言 本标准代替 DB37/T 149-1992太阳能热水系统设计规范 本标准与 DB37/T 149-1992太阳能热水系统设计规范相比主要技术内容变化为：增加了太阳能热水系统中集热器轮廓面积、采光面积定义(本版 3.2、3.3)修改了系统按照运行方式、换热器、供水范围、控制方式的分类与特征（本版 5.1、5.2、5.3、5.4）增加了系统设计原则（本版 6）修改了系统设计中的基本情况调查（本版 8.1）增加了确定集热器类型和运行方式的选择方法（本版 8.2、8.3）增加了采光面积补偿（本版 8.4.1）修改了储水箱的容量设计（本版 8.5）增加了辅助电能的水量功率匹配表（本版 8.6.1）增加了热水计量（本版 8.12）增加了技术文件中的集热器和系统主要参数（本版 9 中 a 和 b）本标准附录 A 为资料性附录。本标准由山东省经济贸易委员会、山东省质量技术监督局提出。本标准由山东能源标准化技术委员会归口。本标准主要起草单位：山东省科学院能源研究所、山东桑乐太阳能有限公司。本标准主要起草人：丁海成、马兵、马永杰、韩敬俊、秦帅。本标准自 1992 年首次发布，于 2007 年 10 月第一次修订。本标准中第 6 章为强制性条款。IDB37/1492007 太阳能热水系统设计规范 1 2 3 3.1 3.2 3.3 范围 本标准规定了太阳能热水系统设计的技术规范。本标准适用于提供生活用及类似用途热水的储水箱容积在 0.6m3以上的太阳能热水系统（包括带辅助能源的太阳能热水系统）。规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 4271 平板型太阳集热器热性能试验方法 GB/T 4272 设备及管道保温技术通则 GB 4706.1 家用和类似用途电器的安全 第一部分：通用要求(eqv IEC335-1：1991)GB 4706.12 家用和类似用途电器的安全 贮水式电热水器的特殊要求(idt IEC335.2-21：1989)GB/T 6424 平板型太阳集热器技术条件 GB/T 8175 设备及管道保温设计导则 GB 8877 家用电器安装、使用、检修安全要求 GB/T 12936 太阳能热利用术语 GB 14536.1 家用和类似用途电自动控制器 第 1 部分:通用要求 GB/T 15513 太阳热水器吸热体、连接管及其配件所用弹性材料的评价方法 GB/T 17581 真空管太阳集热器 GB/T 18713 太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范 GB/T 19141 家用太阳热水系统技术条件 GB 50057 建筑物防雷设计规范 GB 50207 屋面工程技术规范 GB 50364 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 术语和定义 本标准除采用 GB/T 12936 中相关定义外，还采用下列定义。卸压水箱 强迫循环系统中由于集热部件与集热器连接时的承压参数所限而采用的小型高架水箱。轮廓采光面积 太阳光投射到集热器上的最大有效面积。计算方法见 GB/T 19141-2003。采光面积 太阳辐射进入太阳能集热器的最大投影面积。计算方法见 GB/T 4271。1DB37/1492007 3.4 3.5 3.6 4 自然循环式系统 自然循环式系统是利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差所形成的自然对流进行循环的 太阳能热水系统。在自然循环式系统中，为保证必要的热虹吸压头，储水箱应高于集热器上部。系统结构简单，不需要附加动力。直流式系统 直流式系统是传热工质一次流过集热器加热后，便进入储水箱或用热水处的非循环太阳能热水系统。储水箱的作用仅为储存集热器所排放的热水。强迫循环式系统 强迫循环式系统是利用机械泵或高架水箱等外部动力迫使传热工质通过集热器进行循环的太阳能热水系统。符号 cA直接系统集热器采光面积，m2；INA间接系统集热器采光面积，m2；BA补偿后的集热器采光面积，m2；BR补偿面积比，无量纲；sq强制循环系统的循环泵流量，L/s；热水水密度，kg/L；SQ配水管道系统的热损失，W；xq全天供应热水的循环泵流量，L/h；t配水管道的热水温度差，。5 5.1 5.2 5.3 5.4 6 6.1 6.2 6.3 6.4 系统分类 太阳能热水系统按运行方式可分为三种：自然循环式系统、直流式系统和强迫循环式系统。太阳能热水系统按有无换热器可分为：直接系统和间接系统。直接系统在集热器中直接加热 供水；间接系统是利用换热器间接加热供水。太阳能热水系统按控制方式可分为：定温控制（温控阀或温控器）、温差控制、光电控制、定时控制等四种。直流式系统一般采用定温控制方式，强迫循环式系统一般采用温差控制方式。太阳能热水系统按供热水范围可分为：集中供热水系统、集中-分散供热水系统、分散供热 水系统。设计原则 系统设计应安全可靠，内置加热系统必须带有保证使用安全的装置，并根据不同地区采取防 冻、防结露、防过热、防雷、防雹、抗风、抗震等技术措施。安装在建筑上或直接构成建筑围护结构的太阳能集热器，应有防止热水渗漏的安全保障措 施；应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护设施；集热器不应跨越建筑变形缝设置。太阳能热水系统的给水应对超过有关标准的原水做水质软化处理。安装在建筑上的太阳能热水系统不得影响该部位的建筑功能，并应与建筑协调一致，保持建 筑统一和谐的外观；应避免集热器的反射光对附近建筑物引起的光污染。2DB37/1492007 6.5 6.6 7 8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.2 太阳能热水系统的管线应有组织布置，做到安全、隐蔽、易于检修；为减少热损及循环阻力，循环管路尤其热水循环管路应尽量短而少弯；为了达到流量平衡和减少管路热损，绕行的管路应是冷水管或低温水管；管路的通径面积应与并联的集热器或集热器组管路通径面积的总和相适应。太阳能热水系统的结构设计应为太阳能热水系统安装埋设预埋件或其他连接件；轻质填充墙 不应作为太阳能热水系统的支承结构。储水箱和集热器的安装位置应使其在满载情况下分别满足建筑物上其所处部位的承载要求，必要时应请建筑结构专业人员复核建筑载荷。技术要求 应按 GB/T 18713-2002 中 6 的规定进行。系统设计 基本情况调查 环境条件 环境温度(包括年最低温度，年平均气温)；安装地点纬度；日照时间；月均日辐照量。用水情况 日均用水量；用水时间（全天用水或定时用水；全年用水或春夏秋用水）；用水温度；用水位置；用水端口数量及流量；用水方式（集中用水或分散用水）。场地情况 场地位置、形状、面积（建筑朝向、集热器朝向、场地示意图）；建筑物承载能力；遮挡情况；储水箱位置。水电情况 水质（硬度、地下水或地表水、污垢）；水压（最大水压、压力是否稳定）；电参数（最大负荷、相数）；水电供应情况（全天供水或定时供水）。集热器类型 集热器类型应根据太阳能热水系统在一年中的运行时间、运行期内最低环境温度等因素确定，可按表 1 推荐的类型选用。表 1 集热器类型 运行条件 平板型 全玻璃真空管型热管式真空管型 U 型管 高于 0 可选 可选 可选 可选 运行期内最低环境温度 低于 0 不可选 1 可选 可选 可选 自然循环 可选 可选 可选 可选 直流 可选 可选 可选 可选 运行方式 强迫循环 可选 可选 可选 可选 注 1：采用防冻措施或直流排空系统可选 注 2：在采用高位卸压水箱的情况下可选。如不采用防冻措施，应注意最低环境温度值及阴天持续时间。8.3 系统运行方式 根据用户基本条件、使用需求及集热器与储水箱相对安装位置等因素综合加以确定，可按表 2 推荐的方式选取。3DB37/1492007 表 2 运行方式 运行条件 自然循环 直流式 强迫循环 水压不稳 可选 不宜选 1 可选 供电不足 可选 不宜选 2 不宜选 3 水压大于系统工作压力 可选 不宜选 4 不宜选 4 储水箱容量大于 5t 不宜选 可选 可选 全天供水 不宜选 可选 可选 集热器位置高 不宜选 可选 可选 集热器与储水箱相对位置 储水箱位置高 可选 可选 可选 高于 0 可选 可选 可选 环境温度 低于 0 低层 可选 可选 多层 可选 可选 可选 建筑类型 高层 不宜选 可选 可选 运行维护成本 低 高 高 注 1：在温控器控制泵的方式下可选；注 2：在非电控温控阀控制的方式下可选；注 3：在光电池控制直流泵的方式下可选；注 4：在设置高位卸压水箱的方式下可选。8.4 8.4.1 8.5 8.5.1 8.5.2 8.5.3 8.5.4 8.5.5 8.6 8.6.1 系统集热面积 系统集热面积的确定按照 GB/T 18713-2002 中 5.4 规定计算。采光面积补偿 当进行规划和建筑设计时条件不允许，或者既有建筑拟安装太阳能集热器的围护结构（坡屋面、墙面、阳台）的朝向方位角和坡屋面的倾角，已经偏离一定方位角和倾角范围时，可用增加集热器面积的方式来补偿。可按式（1）进行计算：AB=集热器面积/RB（1）式中：BR可按照附录 A 选取。储水箱 储水箱的容量不得低于日均用水量，有条件时宜设计为 1.21.5 倍日均用水量。太阳能热水系统的储水箱宜为常压水箱，水箱材质可选用不锈钢或碳钢，水箱应无渗漏、损坏及过度永久变形。在储水箱的适当位置应设有通气口、溢流口、排污口，通气孔位置不低于溢流口，排污口设置在水箱最低处，大于 3 吨的水箱应设置人孔。储水箱应采取相应防腐措施，满足防腐要求，保持水质清洁。储水箱应设有保温层，宜布置在室内。设置储水箱的位置应具有相应的排水防水措施。上方及周围应留有符合规范要求的安装检修空间，安装检修空间不少于 600mm。应尽量靠近太阳能集热器。辅助能源 如果单靠太阳能热水系统不能满足水温及水量的要求，可采用电、燃气、油、煤等辅助能源加以补充。如果条件许可，宜采用电作为辅助能源（去掉）。在太阳能保证率 0.70.8 情况下，可按表 3 4DB37/1492007 推荐的方式选取。表 3 储水箱容量 0.6t2.5t 2.5t4.5t 4.5t6.5t 6.5t8.5t 8.5t 电功率(kW)1020 2040 4060 6080 按比例选取 8.6.2 8.7 8.7.1 8.7.2 8.7.3 8.7.4 8.7.5 8.7.6 8.8 8.8.1 8.8.2 8.9 8.9.1 8.9.1.1 8.9.2 8.9.2.1 8.9.2.2 8.10 辅助能源可直接加热储水箱中的水，也可通过换热器间接加热储水箱中的水。换热器 换热器的设计选取应参照有关设计规范或厂商说明。太阳能热水系统宜采用位于储水箱内的单循环换热器，大型太阳能热水系统宜选用双循环外部换热器。在采用双循环外部换热器时，应使换热器两边的热容流量(比热乘以质量流量)相等。换热器应与传热工质有较好的相容性，不应对水产生二次污染。如果系统用在水硬度高的地区且水温高于 60，换热器应有防垢措施或采取适当的清垢方法。在间接太阳能热水系统中，换热器不应明显减低集热器效率。当集热器的太阳能收益达到可能的最大值时，换热器导致的集热器效率减低不应超过 10%；如果系统中有几个换热器，每个换热器导致的集热器效率减低的总和不应超过 10%。在双回路太阳能热水系统中，当使用无害传热工质时，换热器可采用单壁的；对于有害传热工质，应采用双壁的换热器。系统布置 按照 GB/T 18713-2002 中 5.8 规定。一个系统也可同时采用多种控制方式，定温控制和温差控制相结合的方式较为普遍。直流式系统宜采用非电控温控阀控制方式及温控器控制方式，强迫循环式系统宜采用温差循环、光电控制及定时器控制等方式。一个系统也可同时采用多种运行方式，直流式和强迫循环式相结合的方式较为普遍。管网设计 循环管路 按照 GB/T 18713-2002 中 5.9.1 规定。强制循环系统的循环泵流量计算方法如下：qs=集热器流量AC(AIN)（2）真空管型集热器流量可以按照 0.015L0.02L/s m2 进行估算，平板型集热器可以按照 0.02L/s m2进行估算。取热水管路 按照 GB/T 18713-2002 中 5.9.2 规定。全天供应热水系统的循环泵流量计算方法如下 qx=QS/（1.163t）（3）式中：SQ初步设计时可按设计小时耗热量的 3%5%采用；t般可采用 510。定时供应热水的系统,应按管网中的热水容量每小时循环 24 次计算循环流量。系统保温 系统的保温设计应按 GB/T 8175 的规定进行。5DB37/1492007 8.11 8.11.1 8.11.2 8.12 8.12.1 8.12.2 8.12.3 9 系统防冻 太阳能热水系统如设计为直接系统，可采用下列措施进行防冻：a)如集热器不满足抗冻要求，可将系统中的水或系统室外部分的水排放，可采用手动阀，也可采用具有防冻功能的温控系统控制电磁阀打开，或选用非电控温控阀；b)在与 7.11.1.1 相同条件下，对于强迫循环系统，可将储水箱放在低于集热器的位置，在循环泵运行停止后，使集热器和循环管路中的水回流；也可采用具有防冻定温循环功能的温控系统，进行定温强迫循环防冻；c)在集热器满足抗冻要求的条件下，可在保温层和管路之间加入发热元件，如自控温电热 带等；可通过管路设计，只使循环管路中的水回流；也可采用其他安全可靠的方法。太阳能热水系统可设计为间接系统，在系统中使用防冻传热工质进行防冻。传热工质的凝固点应低于系统使用期内最低环境温度，其沸点应高于集热器的最高闷晒温度。热水计量 太阳能热水系统宜装设总、支管热水表和分户热水表。住宅的分户热水表宜便于读数。用水量均匀的热水系统的热水表应以设计流量选定热水表的常用流量；用水量不均匀的热水系统的热水表应以设计流量选定热水表的过载流量。技术文件 对于每一套系统，应向用户移交技术文件。文件应包括对于运行、维护所需的全部说明。全套文件应包括下列资料：a)集热器主要参数（型号、热性能、传热工质类型等）；b)系统参数（设计水量、采光面积、轮廓面积及总面积等）；c)系统的布置图；d)系统的管路图和电路图，图中应有每一个部件（包括安全部件）的资料：型号、尺寸、电功率等，所有外部接口的位置和公称尺寸；e)系统各回路的最大工作压力；f)工作极限（系统各回路允许的最高温度和最高压力，系统能承受的最低温度等）；g)系统运行前和运行中应注意的事项；h)系统开启使用和关闭停用的说明；i)如果系统中有安全部件，应说明安全部件的调整及正常运行情况，应给出在压力阀释 放后，系统再运行前的检查指南；j)系统出现故障或危险（特别是安全部件）时所应采取的措施；k)如果有控制系统，应说明控制原理及系统组成，控制部件应标注在系统管路图中；l)日常检查和维护所应注意的事项，以及正常维护期间需要更换部件的清单；m)系统为了防止冻坏所应采取的措施。6DB37/1492007 附 录 A(资料性附录)补偿面积比的近似算法 A.1 以工程安装地点北纬 36 度为例，RB 计算方法如下：A.1.1 当集热器在南偏东或南偏西 10 度以内，且集热器倾角在当地纬度5 度（四舍五入）范围之 内，同时可以定义RB=100%。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 80 70 60 50 40 100100100 30 100100100 20 10 0 A.1.2 当集热器在南偏东或南偏西 90 度且集热器倾角为 90 度时，RB=（90-当地纬度）/100=54%。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 54 5480 70 60 50 40 100100100 30 100100100 20 10 0 7DB37/1492007 A.1.3 当集热器在南偏东或南偏西 10 度以内且集热器倾角为 90 度时，RB=（90-纬度+10）/100=64%。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 54 6464 64 5480 70 60 50 40 100100100 30 100100100 20 10 0 A.1.4 当集热器倾角为 0 度时，RB=cos(当地纬度-23.5)=98%。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 54 6464 64 5480 70 60 50 40 100100100 30 100100100 20 10 0 98 98 98 98 98 98 98989898 98989898 98 98 989898A.1.5 用插值法计算倾角为 90 度时的RB。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 54 55 57 58 59 60 62636464 64636260 59 58 57555480 70 60 50 40 100100100 30 100100100 20 10 0 98 98 98 98 98 98 98989898 98989898 98 98 989898 8DB37/1492007 A.1.6 中间三列按照从中间向上下两端方向进行等差排列。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 54 55 57 58 59 60 62636464 64636260 59 58 57555480 7171 71 70 7878 78 60 8585 85 50 9292 92 40 100100100 30 100100100 20 9999 99 10 9898 98 0 98 98 98 98 98 98 98989898 98989898 98 98 989898A.1.7 其余各列以上下两端数字为首尾进行等差排列。单位：%倾角 东-80-70-60-50-40-30-20-10南 10203040 50 60 7080西90 54 55 57 58 59 60 62636464 64636260 59 58 57555480 59 61 62 64 65 67 68707171 71706867 65 64 62615970 64 66 68 69 71 72 74767878 78767472 71 69 68666460 69 71 73 75 77 79 81838585 85838179 77 75 73716950 74 76 79 81 83 85 88909292 92908885 83 81 79767440 79 82 84 87 90 92 9597100100100979592 90 87 84827930 84 86 88 90 92 94 9698100100100989694 92 90 88868420 89 90 91 92 93 94 96989999 99989694 93 92 91908910 94 94 95 95 96 96 97979898 98979796 96 95 9594940 98 98 98 98 98 98 98989898 98989898 98 98 989898 9