太阳能工程设计常用公式

第1页游泳池加热（1）游泳池加热所需热量（Qj），为下列热量的总和：a）池水表面蒸发散热量（QZ）；b）游泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导散热量（QC）；C）补充水加热所需热量（Qb）；即Qj＝Qz＋QC＋Qb工程计算时一般取QC＝QZ·20%，则Qj＝1.2QZ＋Qb（2）池水表面蒸发散热量QZ计算公式：Qz＝4.1868·γ·(ρb－ρg)（0.0174υf＋0.0229）A(760/B)式中Qz——池面水蒸发散热量（kJ/h）；γ——与游泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发气化潜能（kcal/kg），（1kcal/kg＝4.1868kJ/kg）；ρb——与游泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（mmHg），查表；ρg——游泳池环境空气的水蒸汽压力（mmHg），查表；υf——池水面上的风速（m/s），室内游泳池υf＝0.2～0.5m/s；露天游泳池υf＝2～3m/s；A——池水表面积（m2）；B——当地的大气压力（mmHg）。（3）补充水加热所需热量Qb计算公式：Qb＝α·qb·γ·（tr－tb）/T式中Qb——补水加热所需热量（kJ/h）；α——热量换算系数，α＝4.1868kJ/kcal；qb——每日补水量（L）；γ——水密度（kg/L）；tr——池水温度（℃）；tb——补水水温（℃）；T——加热时间（h）。（4）游泳池加热所需热量（Qj）：Qj＝1.2QZ＋Qb＝1.2×177＋49第2页＝261.4kW/h（5）泳池初次加热时间按36小时设计，所以考虑50%水面热损失，泳池初次加热所需热量计算如下：游泳池:Qcj＝(560000×1×18/36)/860＋(177kW/h×50%)＝414kW/h（6）如果采用热泵加热，初次加热按全部热泵工作设计，游泳池热泵能效比5.0计，热泵日工作时间全天24小时计算，则所需热泵功率：游泳池:414kW/h÷5.0＝82.8kW/h；一台10HP热泵输入功率为9.1kW/h;82.8kW/h÷9.1kW/h≈10台（7）游泳池采用10台10HP（9.06kW）热泵机组加热，初次加热工作时间为36小时；正常恒温(261.4KW/h÷5.0÷9.1≈10台)六台机组切换交替工作即可。冲凉房热水系统耗热量计算（1）淋浴用水部分共20个用水点，每个点设一个淋浴花洒，小时用水量及使用时间按照公共浴室淋浴设计，供水时间选择为：按连续用水1小时计算；每个花洒每小时消耗40℃热水300L。（2）设计小时耗热量计算方式：（定时供应热水系统Qh---设计小时平均秒耗热量）Qh＝∑［qh(tr－tL)·n0·b·c·ρ］/3600式中Qh——设计小时耗热量（W）；qh——卫生器具的小时用水定额（L/h），按规范GB50015-2003表选用；c——水的比热容（c＝4187J/kg·℃）；tr——热水温度（℃）,按规范GB50015-2003表选用；tL——冷水温度（℃）；按规范GB50015-2003表选用；n0——同类型卫生器具数；b——卫生器具的同时使用百分数，住宅、旅馆、医院、疗养院病房，卫生间内浴盆或沐浴器可按70%～100%计，其它器具不计但定时连续供水时间应不小于2h，工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等的浴室内的沐浴器和洗脸盆均按100%计，住宅一户带多个卫生间时，只按一个卫生间计算；ρ——热水密度（kg/L）。（3）设计小时耗热量：代入公式Qh＝∑［qh(tr—tL)·n0·b·c·ρ］/3600第3页＝［300L/h(40℃-10℃)×20×100%×4187J/kg·℃×1kg/L］/3600＝209350W＝209.4kW（4）按小时耗热量计算所需55℃淋浴用热水量为：补充的冷水温度10℃，混合后使用的热水温度40℃，则所需温度为55℃的热水所占比例为67%，即所需55℃热水量为：300L/h×20×67%＝4020L/h（5）淋浴用水日用55℃热水总量为：Q1＝4020L/h×1h＝4020L/d（6）贮水箱容积选择：根据甲方用水特点，沐浴用水仅供学生训练后冲凉使用，每个花洒最大小时消耗量300L，可满足3～4人使用，1个小时即可满足60～80人使用（一个班次人数），选择1个4.0m³贮热水箱即可满足要求。（7）机组选型配比：设计热泵在最不利工况下运行时间为每天10h按不利工况下考虑温度及结霜的影响取综合影响系数0.7则热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）Qg＝209.4kW×1h/10h＝20.9kW选择1台10HP热泵机组，制热量36.1kW×0.7≥20.9kW，即可满足要求。第4页1热水系统耗热量计算1.1热水系统最高日热水量计算公式：Qr＝m·qr/1000Qr——最高日热水量（m³/d）；m——用水计算单位数（人数或床位数）；qr——热水用水定额（L/人·d或L/床·d）。1.2全日制供应热水的住宅、别墅、招待所、培训中心、旅馆、宾馆的客房（不含员工）、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所（有住宿）等建筑的集中热水供应系统设计小时热水量计算公式：Qrh＝m·Kh·qr/24000Qrh——设计小时热水量（m³/h）；m——用水计算单位数（人数或床位数）；Kh——小时变化系数；qr——热水用水定额（L/人·d或L/床·d）；表5.3.1-1住宅、别墅的热水小时变化系数Kh值居住人数≤10015020025030050010003000≥6000Kh5.124.494.133.883.703.282.862.482.34表5.3.1-2旅馆的热水小时变化系数Kh值床位数≤150300450600900≥1200Kh6.845.614.974.584.193.90表5.3.1-3医院的热水小时变化系数Kh值居住人数≤5075100200300500≥1000Kh4.553.783.542.932.602.231.951.3定时供应热水的住宅、旅馆、医院及工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等建筑的集中热水供应系统的设计小时热水量计算公式：Qrh＝∑qh·no·b/1000Qrh——设计小时热水量（m³/h）；qh——卫生器具的小时用水定额（L/h）；n0——同类型卫生器具数（人数或床位数）；b——卫生器具的同时使用百分数，住宅、旅馆、医院、疗养院病房，卫生间内浴盆或沐浴器可按70%～100%计，其它器具不计但定时连续供水时间应不小于2h，第5页工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等的浴室内的沐浴器和洗脸盆均按100%计。住宅一户带多个卫生间时，只按一个卫生间计算。1.4最高日平均秒耗热量计算公式：Qd＝QrCρr(tr－tL)/(24×3600)Qd——最高日平均秒耗热量（kW）；Qr——最高日热水量（m³/d）；C——水的比热，C＝4187（J/kg·℃）；ρr——热水密度（kg/L）；tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；tL——冷水设计温度（℃）。1.5设计小时平均秒耗热量计算公式：Qh＝QrhCρr(tr－tL)/3600Qh——设计小时平均秒耗热量（kW）；Qrh——设计小时热水量（m³/h）；C——水的比热，C＝4187（J/kg·℃）；ρr——热水密度（kg/L）；tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；tL——冷水设计温度（℃）。取ρr＝1kg/L，代入C值并换算单位后，公式为：Qh＝1.163Qrh(tr－tL)＝1.163Qrh△t△t—冷热水温度差（℃）。1.6设计小时热水量变通计算公式：Qrh＝Qh/1.163(tr－tL)ρrQrh——设计小时热水量（m³/h）；Qh——设计小时平均秒耗热量（kW）；ρr——热水密度（kg/L）。1.7冷水量、热水量和混合水量换算Qr＋Ql＝QmQr/Qm＝tm－tl/tr－tlQr、Ql、Qm——分别为热水量、冷水量、混合水量（L）；tr、tl、tm——分别为热水温度、冷水温度、混合水温度（℃）。第6页2热泵机组与贮热设备的计算采用热泵直接供热水和间接供热水均应配贮热设备。热泵在热水负荷较小时，向热水罐或者热水箱内贮热，在设计小时负荷状态下，热泵与贮热罐（箱）同时向外供水。根据不同情况，可以相应调整贮热装置的大小和制热机组的制热量。2.1热泵机组的制热量计算公式：Qg＝24×k1Qd/T1Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；k1——安全系数，可取k1＝1.05～1.10；Qd——最高日平均秒耗热量（kW）；T1——热泵机组设计工作时间（h）。T1应根据用水规律、低温热源情况和系统经济性等因素综合考虑确定。全日供水时，建议取12～20（h）；定时供水时，T1由设计人定。2.2热泵热水系统贮热总容积Vr计算公式：Vr≥（Qh－Qg）T/1.163·η(tr-tL)ρrVr——贮热总容积（m³）Qh——设计小时平均秒耗热量；Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；T——设计小时耗热持续时间（h），一般T＝2～4h；η——有效容积系数；容积式水加热器η＝0.75，导流型容积式水加热器η＝0.85，卧式贮水罐和上出热水箱η＝0.8，立式贮水罐和定时供水的下出水热水箱η＝0.9；tr——热水设计温度（℃），按水加热器出水温度或贮水温度计算；tL——冷水设计温度（℃）；ρr——热水密度（kg/L）。1）Vr初步计算后建议按Qg核算蓄热时间T2，根据用水规律判断时间过长（过短）时可增加（减少）Qg，蓄热时间计算公式转换如下：T2≥［1.163·Vr(tr－tL)ρr］/Qg2）贮热总容积Vr较大，会出现热泵机组的供热量会很小；贮热总容积Vr较小，造成热泵机组容量较大，增加投资。3）也可按最大小时用水量计算贮热容积：设Vr＝T0Qrh第7页T0——贮热时间（h）；Qrh——设计小时热水量（m³/h）；初步计算后应按公式T2≥［1.163·Vr(tr－tL)ρr］/Qg核算蓄热时间。建议T0取0.5～2h(当计算结果＜0.5h时取0.5h)。2.3空气源热泵1）对于（无辅助热源的）独立热水系统，应按全年最低冷水温度计算耗热量Qd——最高日平均秒耗热量和Qh——设计小时平均秒耗热量。2）对于有辅助热源的独立热水系统，宜再按春分、秋分所月的冷水温度计算耗热量Qd和Qh3）对于以地表水作为供水水源的独立热水系统，建议再按夏季最高冷水温度计算耗热量。4）对于联合系统，应根据全年（或运行季）冷热负荷分析需要计算不同季节的耗热量。5）需设置辅助热源时，应根据其最不利工况计算辅助热源的设计小时平均秒耗热量。2.4空气源热泵的名义制热量，应根据室外计算温度修正系数和融霜修正系数公式Qg＝q·K2·K3Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；q——产品样本中的名义名义制热量（kW）；K2——使用地区室外计算温度的修正系数，按产品样本选取；K3——机组融霜修正系数，每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。第8页3板式换热器的选型3.1板式换热器的面积计算公式：Fjr＝Qj/εK△tjFjr——板式换热器的换热总面积（m²）；Qj——板式换热器的设计换热量（W）；ε——由于水垢和热媒分布不均匀影响效率的系数，可取ε＝0.8；K——板式换热器传热系数（W/m·℃）；初步计算可取K＝2000～3000，实际选取时参考厂家样本或由厂家直接选取；△tj——对数平均温差（℃）；对数平均温差计算公式：△tj＝△tmax－△tmin/ln（△tmax/△tmin）△tmax——热媒与被加热水在换热器一端的最大温差（℃）；△tmin——热媒与被加热水在换热器另一端的最小温差（℃）；可取△tmin＝2℃。3.2板式换热器的水头损失应根据厂家的技术资料确定，无资料时可取0.04～0.08Mpa。4热泵机组循环泵的选择4.1热泵机组设计循环流量qrx计算公式：qrx＝K4·（Qg/1.163△tjρr）qrx——热泵机组设计循环流量（m³/h）；Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）；△tj——热泵机组的进出口温差（℃），一般取5℃；K4——