摘 要

随着近代几百年来能源与环境经历的庞大消耗，能源问题已经成为了人们口中的热点话题。曾经人们天真地以为地球上的传统能源是永无穷尽，消耗不竭的，但伴随着社会经济的增长进步、人民群众的生活水平日益改善，愈演愈劣的生存环境让人们有了更高的追求，而且对生活的舒适度要求越来越高，持续增高的能源需求量也给社会带来了巨大的压力。化石燃料的稀缺以及化石燃料的燃烧所带来的危害逐年引起人们更多的关注。保护环境和能否充分利用能源的双重压力，使得开发利用可再生能源变成了新时代能源任务的重中之重。在这样的时代背景下，一种新型能源利用技术——太阳能热水系统，不仅吸引了众多的研究者的注意，而且在我国工业和生活中得到了一定的推行利用。

于是在当今严峻的能源形势下，众多的专家和研究者开始致力于太阳能热水系统在工业领域范畴运用的理论研究。目前的研究主要采用的方法有实验、动态仿真和软件的模拟等，但随着社会进步和对工业系统的要求越来越高，使得研究设计的困难性加大了。因此，针对目前出现的能源和环境上的问题，改变常规思路，在系统的设计中加强更多的优化和改善是我们一直在追求更高利用效率的必经之路。本次设计结合了生活热水系统的设计方案，尝试在工业领域的应用，从换热器到集热器的设备设计，到系统分析的热力计算，从对管路排列的布置到储热水箱等设备的设置进行了系统科学的工程设计。

关键词：太阳能热水系统 集热器 换热器 循环系统

Design of Solar Water Heating System in Industry

Abstract

With the great consumption of energy and environment in recent hundreds of years, energy problem has become a hot topic in the population. Once people naively believed that the traditional energy on the earth was inexhaustible and inexhaustible, but with the development of social economy and the improvement of people's living standards, the worsening living environment made people have a higher pursuit, and the demand for comfort in life is getting higher and higher. The ever-increasing demand for energy also brought tremendous pressure to society. The scarcity of the harm caused by the combustion of fossil fuels have attracted more and more attention. The dual pressures of protecting the environment and making full use of energy make the development and utilization of renewable energy the most important task of energy in the new era. In this context, a new energy utilization technology, solar water heating system, not only attracts the attention of many researchers, but also has been used in our industry and life.

So in today's severe energy situation, many experts and researchers began to devote themselves to the theoretical research of the application of solar water heating system in the industrial field. At present, the main research methods are experiment, dynamic simulation and software simulation, but with the social progress and the increasing demand for industrial systems, the difficulty of research and design has increased. Therefore, in view of the current energy and environmental problems, changing the conventional thinking and strengthening more optimization and improvement in the system design are the only way we have been pursuing higher efficiency. This design combines the design scheme of domestic system, and tries to apply it in the industrial field, from the design of heat exchanger to collector equipment, to the thermal calculation of system analysis, and from the arrangement of pipelines to the setting of hot water storage tank and other equipment, the system scientific engineering design is carried out.

Key Words: Solar water heating system；Collector；Heat exchanger；circulatory system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1太阳能热水系统研究背景 1

1.2太阳能热水系统研究现状 1

1.3研究目的和意义 2

1.4研究思路和技术方法 3

第二章 系统热力计算 4

2.1工程概况 4

2.2系统选择 4

2.2.1系统工作原理及运行方式 5

2.3系统设计参数确定 5

2.3.1系统的贮热水容积 5

2.3.2太阳能集热器全日集热效率η 6

2.3.3太阳能热水系统集热器的总面积 7

2.3.4太阳能间接系统集热器总面积 8

2.3.5全日供应热水的太阳能热水系统的设计小时耗热量 8

2.3.6太阳能热水系统的设计小时热水量 9

2.3.7太阳能集热系统循环流量q_XL的确定 9

第三章、系统设备热力设计 10

3.1 换热器的设计 10

3.1.1换热器的选择 10

3.1.2集热系统换热量Q_z的计算 10

3.1.3板式换热器换热面积F的计算 11

3.2太阳能集热器的设计 12

3.2.1集热器的选择 12

3.2.2真空管集热器的数量计算 13

3.2.3真空管集热器的排布 13

3.2.4全年使用时集热器的倾角 13

3.2.5集热器前排与后排间不遮阳的最小距离S 14

3.2.6集热器的阻力 14

3.3储热水箱设计 15

3.3.1储热水箱的容积 15

3.3.2储热水箱的设计 15

3.4循环水泵设计 16

3.4.1循环水泵的流量计算 16

3.4.2循环水泵扬程计算 16

3.4.3管路循环 17

3.5辅助加热系统设计 17

3.5.1辅助热源供热量的计算 17

3.5.2辅助加热的设计 17

3.6自动控制系统 18

3.6.1温差控制 19

3.6.2防冻控制 19

3.6.3防过热控制 19

第四章、结论与展望 20

4.1研究结论和总结 20

4.2展望及建议 20

参考文献 22

致 谢 25

第一章 绪 论

1.1太阳能热水系统研究背景

常规能源过度开采带来的短缺问题和环境的污染越来越严峻^[1]，工业垃圾和生活污染给人们的生活带来了巨大的影响和挑战，人体的健康和人类未来的发展也受到了极大的影响。近年来中国的能源损耗量每年都在以一个惊人的速度增进，现在已变为世界上能源消耗量仅次于美国的能源消耗大国^[2]，中国想要进行下一步的发展，解决日益沉重的能源紧缺问题迫在眉睫。

太阳能作为一种储藏量大、可再生利用、相对易获取且对环境友好的新能源^[3]，如果能够得到合理有效的利用，一定能够为我国的社会经济发展和环保事业作出极大地贡献。为应对能源危机这样的世纪难题，各国开始竭力研究太阳能，并早已实行可持续发展的长久能源发展战略^[4]。太阳能作为一种储藏量宏大，永无消耗殆尽的绿色可再生利用的能源^[5]，目前的利用技术较为成熟，而且近年来的太阳能利用技术更取得了进一步的发展。

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