高层建筑太阳能联合空气源热泵热水系统技术导则

高层建筑太阳能联合空气源热泵热水系统技术导则云南省住房和城乡建设厅二〇一五年八月1前言云南省具有太阳能建筑利用优越的自然条件和良好的传统习惯。随着国家城镇化的发展，高层建筑日益成为大中城市建筑的主流。高层建筑太阳能的光热利用，其屋面面积有限，宜采用集中式太阳能系统，并配之以空气源热泵，可以获得较为理想的节能效果。为促进云南省高层建筑的太阳能热水系统的利用，进一步提高云南省太阳能利用的整体技术水平，在总结云南省科研院所和广大企业的科学研究、科技开发和工程实践的基础上，编制本导则。主编单位：云南东方红节能设备工程有限公司参编单位：昆明理工大学太阳能工程研究所起草人员：2目录前言....................................................11.符号与单位............................................42.技术总则..............................................62.1.太阳能与建筑一体化设计原则.......................62.2.太阳能利用优先原则...............................62.3.相关技术标准.....................................63.热水量设计............................................83.1.热水定额标准.....................................83.2.热水量计算.......................................94.热水系统总体设计.....................................114.1.系统构成与选择..................................114.2.热水箱设计......................................164.3.集热器面积计算..................................164.4.热泵容量设计....................................175.系统防冻设计.........................................195.1.系统防冻方式选择................................195.2.工质防冻方式设计................................205.3.循环防冻方式设计................................215.4.排空防冻方式设计................................216.热水供给与回水系统设计...............................2436.1.设计总则........................................246.2.供水系统管径的设计..............................246.3.供水系统的减压..................................256.4.供水系统的回水..................................257.太阳能与建筑一体化设计...............................277.1.建筑屋面的规划设计原则要求......................277.2.热水系统的建筑一体化设计........................2841.符号与单位cA—集热系统设计采光面积，㎡；'cA—太阳能集热器实际安装面积，㎡C—水的比热容，)/(184CkgkJ.；d—管段直径，mf—太阳能保证率，一般取70%左右比较经济，若集热器安装面积受到限制，应不低于50%；'f—按太阳能集热器的实际安装面积核算的太阳能保证率TJ—集热器受热面上年平均日辐照量，kJ/㎡d；hK－热水用水小时变化系数，见表2-2～表2-4jK—辅助能源容量系数N—设计用热水计算单位数（人或床），对于住宅，可按3～5人/户、入住率60％～80％计算hq—最大小时用热水量，hm3rq—热水定额，见表2－1，L/d人（床）dQ—系统日耗热量，dkJ/gQ—设计小时供热量，hkJ/，kwjQ—系统平均小时耗热量，hkJ/wQ—设计日用热水量，dm3rt—设计热水温度，C；lt—冷水初始温度，C；5T—设计小时耗热量持续时间，hT4~2。v—管道设计流速，m/s。rV—热泵加热专用水箱的容积或热泵与太阳能混合加热水箱的热泵上循环口之上的水箱容积，3m；W—计算管段的设计流量，sm/3—水的密度，可取3/1000mkg；—有效贮热容积系数，可取0.9～0.95；cd—集热器的全日集热效率，一般为0.40～0.55，太阳辐射强、气温高时较大，反之较小。在此应该取全年的平均数L—管路及储水箱热损失率，与水箱大小、管路长短、保温情况和气温等有关，一般为0.2～0.362.技术总则2.1.太阳能与建筑一体化设计原则太阳能热水系统应当纳入建筑规划设计，即与建筑同步规划设计，同步施工，同步验收，同时投入使用。太阳能热水系统与建筑同步规划设计，应当把太阳能热水系统反映在建筑规划设计的成果文件中，包括设计效果图、屋顶平面图、施工图等。2.2.太阳能利用优先原则建筑设计应当充分考虑太阳能的有效利用，太阳能与热泵的结合应当充分考虑优先利用太阳能，热泵的应用应当尽可能避免影响太阳能的有效利用。2.3.相关技术标准对于高层建筑太阳能与空气源热泵结合的系统，目前的主要技术规范如下：（1）GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》（2）GB/T20095-2006《太阳能热水系统性能评定规范》（3）GB/T26973-2011《空气源热泵辅助的太阳能热水系统(储水箱容积大于0.6m3)技术规范》7（4）GB/T29158-2012《带辅助能源的太阳能热水系统(储水箱容积大于0.6m3)技术规范》（5）GB/T29160-2012《带辅助能源的太阳能热水系统(储水箱容积大于0.6m3)性能试验方法》（6）GB/T28737-2012《太阳能热水系统(储水箱容积大于0.6m3)控制装置》（7）GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（8）GB/T50604-2010《民用建筑太阳能热水系统评价标准》（9）GB/T21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》（10）GB/T6424-2007《平板型太阳能集热器》（11）GB/T17581-2007《真空管型太阳能集热器》（12）GB/T26974-2011《平板型太阳能集热器吸热体技术要求》（13）GB/T4271-2007《太阳能集热器热性能试验方法》（14）GB/T17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》（15）DBJ53－18－2007《太阳能热水系统与建筑一体化设计施工技术规程》（云南省工程建设地方标准）83.热水量设计3.1.热水定额标准热水设计定额按《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009版）和《民用建筑节水设计标准》GB50555-2010规定。一般应按《民用建筑节水设计标准》设计，设计定额如表3-1。表3-1热水平均日节水用水定额序号建筑物名称节水用水定额单位1住宅有自备热水供应和淋浴设备有集中热水供应和淋浴设备20～6025～70L/人·dL/人·d2酒店式公寓65～80L/人·d3宿舍Ⅰ类、Ⅱ类Ⅲ类、Ⅳ类40～5535～45L/人·dL/人·d4招待所、培训中心、普通旅馆设公共厕所、盥洗室设公共厕所、盥洗室和淋浴室设公共厕所、盥洗室、淋浴室和洗衣室设单独卫生间、公用洗衣室20～3035～4545～5550～70L/人·dL/人·dL/人·dL/人·d5宾馆客房旅客员工110～14035～40L/床位·dL/人·d6医院住院部设公共厕所、盥洗室设公共厕所、盥洗室和淋浴室病房设单独卫生间医务人员门诊部、诊疗所疗养院、休养所住院部45～7065～90110～14065～903～590～110L/床位·dL/床位·dL/床位·dL/人·班L/人·次L/床位·d7公共浴室淋浴淋浴、浴盆桑拿浴（淋浴、按摩池）35～4055～7060～70L/人·次L/人·次L/人·次98办公楼5～10L/人·班注：1.热水温度以60℃计；2.选用居住建筑用水定额时，应考虑相应地区、城市规模和住宅类型的生活用水定额取值，即三区中小城市取低值，一区特大城市取高值。云南省属于二区，中小城市取中下值，大城市和特大城市可取中间或中间偏上值。3.宿舍按条件分为Ⅰ～Ⅳ类，Ⅰ类、Ⅱ类分别指单人间和两人间，具有独立的卫生间；Ⅲ类、Ⅳ类分别是指3～4人间和6～8人间。3.2.热水量计算（1）确定热水设计温度无论太阳能加热还是热泵加热，其热效率均随着加热温度的升高而降低。因此，太阳能与热泵结合的热水系统，其热水设计温度不宜过高，拟以50℃～55℃为宜。对于高层建筑，考虑热水管道较长，散热较大，热水设计温度取55℃较为合适。然而，表3-1给出的热水定额是按60℃为标准的，如果按55℃设计，应进行折算。若按冷水温度15℃计算，则折算系数为1.125。即表3-1给出的60℃热水定额，乘以折算系数1.125，即折算为55℃的热水定额。（2）设计日用热水量1000/NqQrw，dm3（3－1）（3）最大小时用热水量24whhQKq，hm3；（3－2）式中hK取值见表3-2～表3-4。10表3-2住宅热水用水小时变化系数hK居住人数≤10015020025030050010003000≥6000hK5.124.494.133.883.703.282.862.482.34表3-3旅馆热水用水小时变化系数hK值床位数≤150300450600900≥1200hK6.845.614.974.584.193.90表3-4医院热水用水小时变化系数hK值床位数≤5075100200300500≥1000hK4.553.783.542.932.602.331.95114.热水系统总体设计4.1.系统构成与选择太阳能与热泵结合的系统，可以分为单水箱系统和双水箱系统。总体上说，单水箱系统较简捷，但冷热水混水较严重，热泵加热对太阳能利用效率的影响较大，这种系统适合于系统规模较小的情况，如图4-1；双水箱系统复杂一些，但可减轻冷热水混水，可以减轻以致消除热泵加热对太阳能的影响。双水箱系统又可分为两水箱集热和单水箱集热两类。两水箱集热的系统，其中低温水箱和高温水箱的下部均供太阳能集热储热之用，高温水箱上部供热泵加热，如图4-2、图4-3；单水箱集热的系统，一般设置一大一小两水箱，分别作为太阳能集热水箱和热泵加热水箱，如图4-4。双水箱系统循环及基本配置如表4-1。表4-1双水箱太阳能-热泵系统循环与基本配置原则系统形式太阳能集热循环方式及基本配置两水箱集热两水箱联合集热循环，原则上应采用强制循环，可得到较好的综合性能。如图4-2两水箱分别集热循环，各自水箱对应的集热器与加热容积相匹配，可选用自然循环方式或强制循环方式。如图4-3单水箱集热分为热泵加热专用水箱和太阳能集热专用水箱，热泵加热水箱为供热水箱，集热水箱为预热水箱；两水箱的配比约为3:7～1:2；循环方式可选用自然循环方式或强制循环方式。如图4-412系统说明：热泵下循环口一般位于水箱下部0.4～0.5高度位置，上循环口位于0.6～0.7高度位置；太阳能集热循环的上循环口比热泵上循环口略低。系统属于带有自然循环功能的强制循环系统。图4-1单水箱系统13系统说明：热泵上循环口上方的水箱容量占水箱总容积的20%～25%，下循环口上方的水箱容量占水箱总容积的35%～40%；太阳能集热循环的上