《珠海市太阳能热水系统与建筑一体化.docx
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《珠海市太阳能热水系统与建筑一体化
《珠海市太阳能热水系统与建筑一体化
设计和验收导则》
珠海兴业新能源科技有限公司
联合编制
广东省建筑科学研究院
2012年10月
1.
总则
1.1为促进太阳能热水系统与建筑一体化技术在珠海市的广泛应用,规范太阳能热水系统在建筑中的设计、施工和工程验收,确保其安全可靠、性能稳定,使建筑和周围环境协调统一,制定本技术导则。
1.2本导则适用于珠海市内使用太阳能热水系统的新建、扩建和改建的建筑。
在既有建筑上增设太阳能热水系统以及改造既有建筑上已安装的太阳能热水系统同样适用本导则。
1.3对具备太阳能集热条件,热水供应有长期稳定需求用热的新建建筑,在经济技术条件和环境条件允许的情况下,宜优先采用太阳能热水系统。
1.4新建建筑的太阳能热水系统与工程建设统一规划、进行同步设计、同步施工、同步验收,与建筑工程同时投入使用。
1.5太阳能热水系统与建筑一体化设计、施工及验收除应符合本导则外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2.术语与符号
2.1术语
2.1.1公共建筑(publicbuilding)
供人们进行各种公共活动的建筑,例如酒店、医院、办公楼等。
2.1.2居住建筑(residentialbuilding)
供人们居住使用的建筑,包括住宅、宿舍、公寓等建筑。
2.1.3变形缝(deformationjoint)
为防止建筑物在外界因素作用下,结构内部产生附加变形和压力,导致建筑物开裂、碰撞甚至破坏而预留的构造缝,包括伸缩缝、沉降缝和抗震缝。
2.1.4平屋面(planeroof)
坡度小于10°的建筑屋面。
2.1.5坡屋面(slopingroof)
坡度大于等于10°且小于75°的建筑屋面。
2.1.6太阳能热水系统(solarwaterheatingsystem)
将太阳能转换成热能用来加热水的装置.通常包括太阳能热水集热系统和热水供应系统。
2.1.7太阳能热水集热系统(solarcollectorsystem)
吸收太阳辐射,将产生的热能传递到传热工质并最终得到热水的装置.通常包括太阳能集热器、贮热水箱、泵、连接管道、支架、控制系统等。
2.1.8太阳能集热器(solarcollector)
吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热工质的装置。
2.1.9贮热水箱(hotwaterstoragetank)
太阳能热水系统中储存热水的装置。
2.1.10直流式系统(series-connectedsystem)
传热工质一次流过集热器加热后,进人贮水箱或用热水处的非循环太阳能热水系统。
2.1.11控制器(controller)
对太阳能热水系统及其部件进行调节控制并显示太阳能热水系统状态的装置,由主机、传感器、安装配件等部分组成,简称控制器。
2.1.12平板型集热器(flatplatecollector)
吸热体表面基本为平板形状的非聚光型太阳能集热器。
2.1.13真空管集热器(evacuatedtubecollector)
由若干在透明管(一般为玻璃管)和吸热体之间有真空空间的部件组成的太阳能集热器。
2.1.14集热器总面积(grossareaofsolarcollector)
集热器的最大投影面积,不包括那些固定和连接传热工质管道的组成部分。
2.1.15太阳能集热器采光面积(apertureareaofsolarcollector)
太阳能集热器采光口或上方允许太阳辐射进入的采光平面上的最大投影面积。
2.1.16集热器倾角(tiltangleofcollector)
太阳能集热器与水平面的夹角。
2.1.17太阳能集热器年平均效率(solarcollectorannualaverageefficiency)
一年内由传热工质从集热器中带走的能量与该一年内入射在该集热器总面积上的太阳能之比。
2.1.18太阳能保证率(solarfraction)
太阳能热水系统中由太阳能部分提供的热量除以系统总热负荷。
2.1.19太阳能辐照度(solarirradiance)
太阳辐射照射到一个表面的功率密度,即单位面积上接收的太阳辐射功率,单位为W/m2。
2.1.20太阳辐照量(solarirradiation)
一定时间内在单位采光面积上所照射到的太阳辐射能通量,单位为MJ/m2·a、kJ/m2·d、kJ/m2·h等。
2.1.21直接加热系统(directheatingsystem)
在太阳能热水系统中,经太阳能加热的水直接供用户使用的系统。
2.1.22间接加热系统(indirectheatingsystem)
在太阳能热水系统中,经太阳辐射加热的工质再通过换热器间接加热水供用户使用的系统。
集热器中的传热工质可为水或其它流体。
2.1.23管道井(pipeshaft)
建筑物中用于布置竖向设备管线的竖向井道。
2.2符号
2.2.1几何参数
Ac
——
直接加热系统集热器总面积;
Ain
——
间接加热系统集热器总面积;
Ahx
——
换热器换热面积;
D
——
集热器与遮光物或集热器前后排间的最小距离;
H
——
遮光物最高点与集热器最低点的垂直距离;
2.2.2热工参数
Qw
——
日均用水量;
Cw
——
水的定压比热容;
tend
——
贮水箱内水的设计温度;
tt
——
水的初始温度;
f
——
太阳能保证率;
Jt
——
集热器采光面上的年平均日太阳辐照量;
ρ
——
水的密度;
ncd
——
集热器的年平均集热效率;
nL
——
贮水箱和管路的热损失率;
αs
——
太阳高度角;
qx
——
集热循环水泵流量;
η
——
辅助加热装置的转换效率
ηcd
——
集热器的年平均集热效率
η0
——
T*=0时的集热器热效率;
U
——
集热器总热损系数;
a1,a2
——
为二次曲线拟合系数;
T*
——
归一化温差;
G
——
当地的年平均日太阳辐照度;
ta
——
当地年平均气温;
tl
——
当地年平均水初始温度;
ta
——
集热系统设计的热水供应温度;
W
——
标准煤热值;
ηeff
——
标准煤燃烧效率;
Hha
——
水平面年平均照量;
Hla
——
当地纬度倾角平面年平均日辐照量;
Hlt
——
当地纬度倾角平面12月的平均日辐照量;
HlT
——
当地纬度倾角平面年总辐照量;
Ta
——
年平均环境温度;
Td
——
12月的月平均环境温度;
Th
——
计算采暖期平均环境温度;
Sy
——
年平均每日的日照小时数;
Sd
——
12月的月平均每日的日照小时数;
2.2.3系数
FRUL
——
集热器总热损失系数;
Uhx
——
换热器传热系数;
μ
——
换算系数;
Cr
——
辅助加热装置热损失系数
PI
——
折现系数
2.2.4其他
d
——
年系统折现率
n
——
系统寿命
Eco2
——
系统寿命周期内的二氧化碳总减排量
WZ
——
太阳能热水系统总投资
DJ
——
年运行维护费用占总投资的百分比
Nj
——
太阳能热水系统静态回收期
e
——
年能源价格上涨率
CC
——
当年的常规能源价格
SAV
——
太阳能热水系统寿命周期内的总节省费用
3.基本规定
3.1太阳能热水系统设计应适应使用者的使用规律,结合日照和管理要求,创造安全、卫生、方便、舒适的用水条件。
3.2太阳能热水系统设计应进行技术经济分析对比,并符合节能节水、安全卫生、环境保护等有关规定。
3.3确定太阳能热水系统的规模需综合考虑用户对热水的使用需求,明确规划区域内辅助能源的类型。
3.4太阳能热水系统投入使用前,必须进行系统调试。
3.5太阳能集热器应固定在建筑主体结构上或通过其他可靠技术措施使集热器与建筑结构可靠固定,并应符合建筑施工质量验收标准的规定。
3.6太阳能热水系统应安全可靠,内置加热系统必须带保证使用安全装置。
3.7太阳能热水系统的设施不应影响消防登高、消防疏散等建筑消防要求。
3.8太阳能热水系统产品选型宜选用标准化、系列化,且材料技术与外形规格尺寸与建筑协调的产品。
3.9太阳能热水器宜与使用辅助能源的水加热设备联合使用。
3.10太阳能热水供应系统应符合现行国家标准《建筑给水排水设计规范》(GB50015)中的有关规定。
3.11太阳能热水系统应安装计量装置。
4.太阳能热水系统的分类与选择
4.1太阳能热水系统分类
4.1.1按照集热与供热水范围可分为下列四种系统:
1)集中集热-集中供热系统
该系统是采用集中的太阳能集热器和集中的贮水箱供给一栋或几栋建筑物所需热水的系统。
2)集中集热-分散供热系统
该系统是采用集中的太阳能集热器和分散的贮水箱供给一栋建筑物所需热水的系统。
3)分散集热-分散供热系统
该系统是采用分散的太阳能集热器、分散的贮水箱和分散的辅助加热装置供给各个用户所需热水的小型系统。
4)分散集热-集中供热系统
该系统是采用分散的太阳能集热器和集中的贮水箱供给一栋建筑物所需热水的系统。
4.1.2按照运行方式可分为下列三种系统:
1)自然循环系统
该系统的特点是仅利用传热工质内部的密度变化来实现集热器与贮水箱之间或集热器与换热器之间进行循环的太阳能热水系统。
2)直流式系统
该系统的特点是传热工质一次流过集热器,加热后便进入储水箱或用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出的热水。
3)强制循环系统
该系统的特点是利用泵迫使传热工质通过集热器(或换热器)进行循环的太阳能热水系统。
4.1.3按照生活热水与集热器内传热工质的关系可分为下列两种系统:
1)直接系统(单循环系统)
该系统的特点是在太阳能集热器中直接加热水给用户的太阳能热水系统。
2)间接系统(双循环系统)
该系统的特点是在太阳能集热器中加热某种传热工质,再使该传热工质通过换热器加热水给用户的太阳能热水系统。
4.1.4按照辅助能源加热设备的安装位置可分为下列两种系统:
1)内置加热系统
该系统的特点是辅助能源加热设备安装在太阳能热水系统的贮水箱内。
2)外置加热系统
该系统的特点是辅助能源加热设备不是安装在贮水箱内,而是安装在太阳能热水系统的供热水管路上或贮水箱旁。
4.1.5按照辅助能源启动方式可分为下列三种系统:
1)全日自动启动系统
该系统的特点是自动启动辅助能源加热设备,确保可以24小时供应热水。
2)定时自动启动系统
该系统的特点是自动启动辅助能源加热设备,从而可以定时供应热水。
3)按需手动启动系统
该系统的特点是根据用户需要,随时手动启动辅助能源加热设备。
4.2系统类型选择
太阳能热水系统的类型应根据用户基本条件、使用需求及辅助能源种类等因素按表4.2-1选择。
表4.2-1太阳能热水系统设计选用表
建筑物类型
居住建筑
公共建筑
低层
多层
高层
宾馆、
医院
游泳馆
浴室
太
阳
能
热
水
系
统
类
型
集热与供热水范围
集中集热-
集中供热系统
●
●
●
●
●
●
集中集热-
分散供热系统
●
●
●
─
─
─
分散集热-
分散供热系统
●
─
●
─
─
─
分散集热-
集中供热系统
─
●
●
●
─
●
系统运行方式
自然循环系统
●
●
─
●
●
●
强制循环系统
●
●
●
●
●
●
直流式系统
─
●
●
●
●
●
传热工质
直接系统
●
●
●
●
─
●
间接系统
●
●
●
●
●
●
加热设备
内置加热系统
●
●
─
─
─
─
外置加热系统
●
●
●
●
●
●
辅助能源启动方式
全日自动
启动系统
●
●
●
●
─
─
定时自动
启动系统
●
●
●
─
●
●
按需手动
启动系统
●
─
─
─
●
●
注:
表中“●”为可选用项目,“─”表示不推荐采用项目。
5.太阳能热水系统与建筑一体化设计
5.1一般规定
5.1.1太阳能热水系统的规划设计应根据珠海地域特征、地理环境及其气象条件(包括气候、纬度、日照条件等),结合建筑物的使用功能、建筑外观、安装条件,综合考虑热水供应方式和集热器安装位置。
5.1.2太阳能热水系统与建筑一体化设计应配合建筑设计,满足适用、安全、经济、美观、环保的要求,并应与建筑物整体及周围环境相协调。
5.1.3太阳能热水系统的热水及回水管道、配电控制设备及线路应与建筑物其他管线统筹安排,且管线布置应安全、隐蔽、合理有序,便于安装维护,避免公共管道和非本户管道穿越其他用户的室内空间。
5.1.4太阳能热水系统与建筑一体化设计应满足:
施工安装方便、用户使用方便以及管理维修方便。
5.2规划设计
5.2.1太阳能热水系统与建筑一体化设计,不应影响建筑物的消防通道,并不应降低该建筑物及其相邻建筑物的日照、通风及采光标准,以及避免集热器的反射光对附近建筑物造成光污染。
5.2.2建筑体型及空间组合应为集热器接收较多太阳能创造有利条件。
5.2.3建筑物周围的环境景观与绿化种植,应避免对投射到太阳能集热器上的阳光造成遮挡。
5.2.4建筑规划设计时,应对太阳能集热器的设置位置进行日照计算分析,确保集热器在冬至日的日照时数不低于4h。
5.2.5安装太阳能热水系统的建筑物的主要朝向宜朝南。
5.3建筑设计
5.3.1建筑设计应考虑太阳能热水系统与建筑外形有机结合,太阳能热水系统与建筑一体化设计,应贯穿方案设计到施工图设计的全过程。
5.3.2建筑设计应合理确定太阳能热水系统在建筑中的位置,安装在建筑屋面、阳台、墙面或建筑其他部位的太阳能集热器,不得影响相应部位的建筑功能,并与建筑整体有机结合,保持建筑统一和谐的外观。
5.3.3建筑设计时,应合理布置太阳能热水系统各组成部分在建筑中的位置,满足所在部位相应的防水、防潮、通风、隔热、防光污染、防雷电、抗台风、抗震及检修等要求。
5.3.4安装太阳能集热器的建筑部位,应设置防止太阳能集热器损坏后其部件坠落伤人的安全防护设施。
5.3.5直接以太阳能集热器构成围护结构(如嵌入墙体部位)时,太阳能集热器应满足所在部位的结构安全、建筑节能、防水及防火等建筑防护功能要求。
5.3.6在既有建筑上安装太阳能热水系统设施时,要避免破坏原有屋面的防水系统,否则应做好二次防水处理。
5.3.7太阳能集热器不应跨越建筑变形缝设置。
5.3.8设置太阳能集热器的平屋面应符合下列要求:
1)太阳能集热器支架应与屋面预埋件连接牢固,并应在地脚螺栓周围做防水密封处理;
2)在已建建筑物的屋面防水层上设置太阳能集热器时,屋面防水层应包到基座上部,并在基座下部加设附加防水层;
3)上人屋面的太阳能集热器周围屋面、检修通道、屋面出入口和集热器之间的人行通道上部应铺设保护层;
4)太阳能集热器与贮水箱相连的管线需穿屋面时,应在屋面预埋防水套管。
防水套管应在屋面防水层施工前埋设完毕,并应对其与屋面相接处做防水密封处理。
5.3.9设置太阳能集热器的坡屋面应符合下列要求:
1)屋面的坡度宜结合太阳能集热器接收太阳光的最佳倾角来确定;
2)设置在坡屋面的太阳能集热器支架应与坡屋面板上预埋件牢固连接,并应采取防水构造措施;
3)太阳能集热器顺坡镶嵌在坡屋面上,其与周围屋面材料连接部位应做好防水构造处理;
4)顺坡架空在坡屋面上的太阳能集热器与屋面间空隙不宜大于100mm;
5)太阳能集热器顺坡镶嵌在坡屋面上,不得降低屋面整体的保温、隔热、排水、防水、防雷电、抗台风及抗震等功能;
6)坡屋面上太阳能集热器与贮水箱相连的管线需穿过坡屋面时,应在屋面预埋防水套管。
防水套管应在屋面防水层施工前埋设完毕,并应对其与屋面相接处做防水密封处理;
7)太阳能集热器与坡屋面结合处雨水的排放应通畅。
5.3.10设置太阳能集热器的阳台应符合下列要求:
1)设置太阳能集热器的阳台除应承受太阳能集热器荷载外,还应对安装部位可能造成的栏板变形、裂缝等不利因素采取必要的技术防护措施;
2)当太阳能集热器外挂或嵌入阳台栏板时,阳台栏板应设置安全可靠的预埋件,太阳能集热器支架应与预埋件牢固连接;
3)由太阳能集热器构成的阳台栏板,应满足其刚度、强度及防雷电、抗台风、抗震等围护和防护功能要求。
5.3.11设置太阳能集热器的外墙面应符合下列要求:
1)放置太阳能集热器的外墙应承受太阳能集热器荷载,还应对安装部位可能造成的墙体变形、裂缝等不利因素采取必要的技术防护措施;
2)安装太阳能集热器的外墙面应设置安全可靠的预埋件,太阳能集热器支架应与预埋件牢固锚固,必要时在预埋件处增设混凝土构造柱,并应满足防水、防锈、防腐、防雷等要求;
3)设置在外墙面的太阳能集热器与贮水箱相连的管线需穿过墙体时,应在墙体预埋防水套管并应做防水密封处理,穿墙管线不宜设在结构梁、柱处;
4)由太阳能集热器构成的部分外墙,应满足外墙保温隔热、刚度、强度及防雷电、抗台风、抗震、防水等围护和防护功能要求;
5)太阳能集热器镶嵌在外墙面时,墙面装饰材料的色彩、风格宜与太阳能集热器的外观相协调。
5.3.12贮水箱的设置应符合下列要求:
1)设置贮水箱的位置应具有相应的排水、防水、通风、隔热、防潮等措施;
2)贮水箱上方及周围应有安装检修空间,净空不宜小于600㎜。
5.4结构设计
5.4.1太阳能集热器的安装位置在确保集热性能的同时,应尽量避开风荷载较大、地震时容易遭受破坏、风及地震时次生灾害等影响到的部位;应考虑连接件保养、维修、替换的易操作性,避免破坏建筑物围护结构的防水性能。
5.4.2安装太阳能热水系统的建筑主体结构如屋面、阳台、外墙及悬挑梁(板)应能承受太阳能热水系统传递的荷载并将太阳能热水系统的重量纳入建筑主体结构荷载计算。
5.4.3在建筑物上增设或改造已安装的太阳能热水系统,宜由具备资质的检测机构对建筑构件的相关部位进行结构鉴定,经结构安全计算、复核,并应满足建筑结构及其它相关的使用及安全性要求。
5.4.4太阳能热水系统的自重、荷载(按最不利荷载时考虑)均应在建筑结构及其构件的承载力设计允许值范围内。
5.4.5太阳能热水系统的结构及其构件应能抵御强风、雷电、暴雨及地震等自然灾害的作用。
5.4.6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。
连接件与主体结构的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值。
5.4.7太阳能集热器设置在建筑物的外墙面时,应与建筑物连接牢固。
宜采用与建筑结构一体的钢筋混凝土悬挑(梁)板式结构,不宜采用分体的挂墙式支架承载。
5.4.8屋面、阳台、墙面的太阳能集热器应与建筑主体结构通过预埋件连接,预埋件的位置应准确,且予埋件应采取镀锌处理;当无条件采用预埋件连接时,可采用植筋等可靠的连接措施,并通过试验确定其承载力。
5.4.9填充墙不应作为太阳能集热器和贮水箱的支承结构。
砌体结构可作为太阳能集热器和贮水箱的支承结构,但不宜直接放置在砌体上,应增设梁、构造柱或垫块。
5.4.10建筑宜采用在梁板上辅以预埋螺栓作为支承结构;已建建筑进行太阳能光热改造时,宜采用混凝土基座—预埋螺栓—轻钢结构作为支承结构。
不应采用破坏防水层的膨胀螺栓固定方式和直接将轻钢结构与屋面结构层钢筋相连的方式。
5.4.11建筑太阳能热水系统与主体结构采用后加锚栓连接时,应符合下列规定:
1)锚栓产品应有出厂合格证;
2)碳素钢锚栓应经过防腐处理;
3)应进行承载力现场试验,必要时应进行极限拉拔试验;
4)每个连接节点不应少于2个锚栓;
5)锚栓直径应通过承载力计算确定,并不应小于10mm;
6)不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作;
7)锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%;
8)结构构件与太阳能热水系统连接处的砼强度等级不应低于C20,受力重要部位不应低于C30,且在构件内应有加强措施。
5.4.12太阳能热水系统的钢结构支架焊接完毕后,必须采取防锈措施,防锈和防腐蚀采用的涂料、钢材表面的除锈等级以及防腐蚀对钢结构的构造要求等,应符合现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046和《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB/T8923的规定。
在设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和所要用的涂料(或镀层)及涂(镀)层厚度。
5.4.13热水系统结构设计应计算下列作用效应:
1)非抗震设计时,应计算重力荷载及风荷载效应;
2)抗震设计时,应计算重力荷载、风荷载和地震作用效应;
3)计算风荷载时应根据设备所处建筑物位置,依据《建筑结构荷载规范》GB50009选用风压高度变化系数及局部风压体型系数。
5.5电气与防雷设计
5.5.1太阳能热水系统的电气设计应满足太阳能热水系统用电负荷和运行安全要求。
5.5.2太阳能热水系统供电应专门设计,公用太阳能热水系统应设用电计量装置。
5.5.3配电系统应设短路、过载、接地故障保护,内置电加热系统回路应设置剩余电流动作保护装置,保护动作电流不得超过30mA;当电压为220V时,保护动作时间不得超过0.4S;当电压为380V时,保护动作时间不得超过0.2S。
5.5.4配电及控制线路宜穿金属管敷设或在电气竖井中集中敷设,线路宜集中布置且应做好固定。
5.5.5太阳能热水系统的防雷设计应符合国家现行规范标准《建筑物防雷设计规范》GB50057的有关规定。
5.5.6安装于屋面的太阳能热水系统装置及钢结构支架、管道等应与建筑物防雷接地系统可靠连接,电气系统应根据实际情况设置相应的浪涌保护装置。
5.6给水排水设计
5.6.1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。
新建工程竖向管线宜布置在公共空间,且应考虑管道维护的便利及不循环管道的最小化。
在既有建筑上增设太阳能热水系统或改造已安装的太阳能热水系统时,其管线布置应做到走向合理,不影响建筑使用功能及外观。
5.6.2当利用生活用水箱提供太阳能集热器的一次补水源时,生活用水箱的容积和设置位置应能满足集热器一次补水所需的水量、水压要求。
5.6.3太阳能热水系统的热性能及选用的相关产品应满足国家现行标准和设计要求,系统中集热器、贮水箱、支架等主要部件的正常使用寿命不应少于10年。
5.6.4太阳能集热器附近宜设置用于清洁集热器的给水点。
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