辽宁民用建筑太阳能热水系统一体化技术规程介绍

辽宁省民用建筑太阳能热水系统一体化技术规程（讨论稿）大连理工大学2006年11月24日一、规程编制背景开发和利用可再生能源利用是我国建筑节能的重要措施之一。太阳能加热低温热水的太阳能热水系统，技术最成熟，应用广泛。辽宁省年太阳能辐照量在4200-5400MJ/m2之间，且地处寒冷和严寒地区，开发和利用丰富、广阔的太阳能，既是近期急需的能源补充，又是未来能源的基础。二、规程编制意义确定太阳能热水系统的规格、尺寸、安装位置时，随意性大；目前，多数系统在建筑上安装非常混乱，排列无序，管道无位置，承载防风、避雷等安全措施不健全，给城市景观、建筑的安全性带来不利影响。为使民用建筑太阳能热水系统安全可靠、性能稳定、与建筑和周围环境协调统一，规范太阳能热水系统的设计、安装和工程验收，保证工程质量，制定本规程。三、其他省市相关规程的编制情况国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）；江苏省于2005年4月正式发布了《住宅建筑太阳能热水系统一体化设计、安装与验收规程》；山东省于2006年1月正式发布实施了《太阳能热水器安装与建筑构造图集》；广东省于2006年9月发布了《广东省公共和居住建筑太阳能热水系统一体化设计施工及验收技术规程》的征求意见稿；福建省于2006年11月起实施《居住建筑与太阳能热水系统一体化设计、安装及验收规程》；上海市建设交通委颁布的《民用建筑太阳能应用技术规程(热水系统分册)》将于2006年12月1日正式实施。四、主要内容本规范主要规定了太阳能热水系统与建筑一体化的设计、施工安装和调试验收。太阳能热水系统在民用建筑上应用是综合技术，规程特别重视以下两点：——各部分均注重系统与建筑的相互配合，对于要采用太阳能热水系统的建筑从规划设计、建筑设计，到结构和电气设计等都为太阳能系统的高效应用做出了相应规定。——注重协调各专业与太阳能热水系统设计与施工安装的相互配合。本规程主要包括以下几部分：1总则2术语3太阳能热水系统与建筑一体化设计4太阳能热水系统与建筑一体化安装5太阳能热水系统的调试与验收6附录7条文说明3太阳能热水系统与建筑一体化设计3.2太阳能热水系统的设计3.3规划设计3.4建筑设计3.5结构设计3.6电气设计3.1一般规定3.1一般规定太阳能热水系统设计应纳入建筑给水排水设计，并应符合《建筑给水排水设计规范》（GB50015）的要求。太阳能热水系统应根据建筑物的使用功能、地理位置、辽宁省的气候特点和具体的安装条件等综合因素进行设计。3.2太阳能热水系统的设计3.2.1太阳能热水系统的分类与选择3.2.2集热器3.2.3热水供应系统3.2.4贮热水箱3.2.5辅助热源3.2.6系统运行控制和安全保障3.2.7管道系统设置、计算及保温太阳能热水系统的分类与选择在这一部分，根据不同的分类标准以及目前的工程实例，本规程给出了6种分类方法，并且给出了太阳能热水系统选型时应考虑的因素。（详见3.2.1.1~3.2.1.7）集热器太阳集热器是太阳能热水系统中非常重要的组成部分：——显著区别于其他类型热水系统的部分；——是应用太阳能热水系统的民用建筑设计中重点设计内容；——是太阳能热水系统与建筑一体化设计的重要组成部分。因此，本规程详细规范了集热器的选择、方位设置、面积确定、集热器组的连接、及其与建筑的结合，并给出了相关的计算公式。集热器给出集热器的基本类型和选择时要考虑的因素集热器的方位设置包括集热器的朝向、倾角、集热器与其前方的障碍物的距离以及集热器前后排的间距并且给出了此间距的计算公式目前工程中较为常见的方式是将太阳能集热器设置在建筑的屋面（平、坡）上，建筑的外墙面上和阳台上。本规程给出了设置在这些部位的集热器应满足的要求。集热器的设计计算集热器总面积计算：分为直接系统和间接系统集热器总面积的补偿：1）集热器朝向受条件限制时的补偿；2）集热器倾角受条件限制时的补偿。要求计算出集热器安装所需的建筑面积，以便检查集热器在建筑上安装的可能性。——根据集热器安装角度及间距、以及所选用的集热器型式，可以反算出集热器的占地面积热水供应系统热水供应系统是太阳能热水系统的重要子系统。该系统设计与建筑给排水中热水供应系统的要求一致，故应依据《建筑给排水设计规范》（GB50015－2003）来进行设计。辅助热源由于太阳能是一种不稳定的热源，故应根据实际使用的需要，决定是否为太阳能热水系统配备辅助热源。至于辅助热源的设计，则可依据《建筑给排水设计规范》（GB50015）中相关要求来进行。系统运行控制和安全保障控制系统是使太阳能热水系统运行安全、可靠、灵活、达到最大节能效果的关键因素。规程中要求设计者给出经济合理的系统控制方案，并提出方案中应包括的内容。配合条文，本规程在条文说明中给出了几种典型系统的控制方案实例，可作为设计时的参考。管道系统设置、计算及保温本规程重点规定了与太阳能热水集热系统密切相关的管道布置、敷设、保温等方面应满足的要求。对于原水处理、管材、附件等的要求，应符合《建筑给排水设计规范》（GB50015）的要求。3.3规划设计这一部分是太阳能热水系统与建筑规划的结合，是太阳能热水系统与建筑一体化的重要体现。在这一部分中强调了太阳能热水系统设计应与建筑的规划设计同步进行，统一规划，互相配合。3.4建筑设计建筑设计部分的主要内容包括安装太阳能集热器的建筑的体型和空间组合应满足的要求。太阳能集热器与建筑结合时应注意的问题。直接以太阳能集热器构成建筑结构时应满足的要求集热器的荷载对建筑设计的影响。设置太阳能集热器的（平、坡）屋面、墙面、阳台应满足的要求。系统管线和贮水箱的设置对建筑的要求。3.5结构设计在结构设计部分，本规程主要强调了以下几方面的要求：1.设置太阳能热水系统的建筑，其主体结构或结构构件应满足的要求。2.太阳能热水系统设备与建筑结构主体应采用预埋件连接，预埋件应满足强度等要求。3.太阳能热水系统与主体结构采用后加锚栓连接时应满足的要求。3.6电气设计提出了太阳能热水系统运行和控制中电气专业所应达到的要求和相关注意事项。此外，这部分还规范了易被忽略的太阳能热水系统的防雷方面的安全要求。4太阳能热水系统与建筑一体化安装一般规定材料设备及其要求基座支架安装集热器安装贮水箱安装管路系统及附件安装电气系统安装5太阳能热水系统的调试与验收规定了太阳能热水系统质量验收合格标准；强调了对于影响工程安全和系统性能的工序验收要求；还规定在系统调试方面应包括设备单机或部件调试和系统联动调试，以及这两种调试应包括的具体内容；还提出了在太阳能热水系统工程质量验收文件和记录中应包括的主要内容。五、本规程特点与国家规范《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）对比的特点有：1、在3.2.1太阳能热水系统的分类与选择中，增加了“按集热器与贮热水箱的相对位置关系分类”：1紧凑式系统；2分离式系统；3闷晒式系统。（1）实际工程中经常会被工程技术人员提到；（2）国家推荐标准《家用太阳能热水系统热性能试验方法》（GB/T18708—2002）中也提到这种分类。2、在系统集热器总面积计算公式（见3.2.2.9条）——JT在国标中的解释是“当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量”——可直接得到的气象资料往往是“水平面上的年平均日太阳辐照量”)1()(LcdTiendwwcJfttCQA规程中的处理方法是：——按工程设计的实际需要定义，即“倾角等于当地纬度的倾斜表面上的年平均日太阳辐射量”。——当集热器实际角度发生变化时，可按本规程3.2.2.9条中第3款的要求进行修正。这样符合一般设计者的习惯。3、系统集热器总面积计算公式——其中另一个至关重要的参数Qw在国标中只给出其含义是“日均用水量”，没有具体算法；——本规程中分两种情况给出其明确表达式：（详见3.2.3.1条）（1）全日热水供应系统：Qw=(50%～60%)ρqrd（2）定时热水供应系统：)1()(LcdTiendwwcJfttCQAnirhiwqHQ14、关于“贮热水箱”1）设计中将“贮热水箱”部分单独列出，并澄清了关于系统中贮热水箱的几个概念：①贮热水箱——简称贮水箱，是太阳能热水系统中贮存热水的水箱的总称，它包括了“集热水箱”和“供热水箱”②集热水箱——是太阳能集热系统对应的贮热水箱③供热水箱——是热水供应系统对应的贮热水箱（2）对供热水箱的有效容积V供和集热水箱的有效容积V集的计算，根据本省实际情况做出了具体规定（见3.2.4.1和3.2.4.2）——（参考并整合了国家住宅与居住环境工程技术研究中心所著的《住宅建筑太阳能热水系统整合设计》和《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》以及《建筑给排水设计规范》（GB50015）等多部文献）另外，国标中还给出了贮热水箱的贮热量如下表：而实际中太阳能集热器产生的热水温度都小于95℃，故上表中的“以蒸汽或95℃以上高温水为热媒”一列不应存在，故在本规程中去掉。以蒸汽或95℃以上高温水为热媒以≤95℃高温水为热媒加热设备公共建筑居住建筑公共建筑居住建筑容积式水加热器或加热水箱≥30minQh≥45minQh≥60minQh≥90minQh贮热水箱的贮热量（3）对太阳能热水系统工程中经常会遇到的单、双水箱系统做出规定（见3.2.4.3条，国标中并未提及。（4）对贮热水箱和系统管道的保温提出明确要求（见3.2.4.4条和见3.2.7.5条，国标中也未提及）5、本规程中将给排水专业设计与太阳能热水系统设计合并，与国标中“太阳能热水系统设计应纳入建筑给水排水设计”的要求相呼应（国标中仍单独给出）6、本规程单独列出了“系统运行控制和安全保障”这部分内容，并规定（3.2.6.1条）：“进行太阳能热水系统设计时，应明确提出经济合理的系统控制方案，控制方案应包括以下内容：1集热系统和热水供应系统的运行控制要求；2辅助热源的启停控制要求；3太阳能热水系统的安全保障控制要求，如防冻、防过热等要求；4系统的补水和排水控制要求。”基于如下考虑：（1）系统的安全运行时设置太阳能热水系统的前提条件，必须予以保证，在北方地区太阳能热水系统使用中集热器或管道冻裂的事例很多，应务必重视；（2）节能是太阳能热水系统的最突出优点，若节能较少，会使系统的经济性变得很差，而系统的运行控制则是系统最大限度节能的根本保障。北京曾有一集中太阳能热水系统由于控制有问题，导致热水的成本达到了100多元/吨的不合理现象。（3）系统的运行控制方案必须由系统的设计者提出，然后再将该控制方案提供给电气专业人员，从而保证太阳能热水系统能真正在投入使用后发挥其方便、节能的优势。7、为方便设计者的设计计算，在本规程的附录3中，列出了在不同的日均用水量时的太阳能集热器的面积，可根据具体工程的实际进行查表和修正。8、在辽宁省各城市的气象数据收集与处理方面（1）省气象局除沈阳外，没有其他城市的逐时太阳辐射量数据，仅有的一些数据不能满足太阳能热水系统设计计算的要求；（2）在美国能源部EnergyPlus网站中找到CSWD（ChineseStandardWeatherData）中国标准气象数据库，该数据库提供了全国270个城市和地区逐时的水平面太阳辐射数据，其中我省的包括沈阳、大连、本溪、丹东、锦州、营口、朝阳等七个城市。对于省内其余的7个城市，即鞍山、抚顺、阜新、辽阳、铁岭、盘锦和葫芦岛，专门建立了数学模型，进行多元线性回归分析，得到了太阳辐照量的具体数值。（误差分析表明：最大误差不超过10%）感谢各位专家！请多提宝贵意见！