须高于集热器，水在太阳能集热器中被加热后温度升高；由于集热器与蓄热水箱中水的温度不同，从而产生密度差，形成热虹吸压头，使热水由上循环管进人水箱的上部，同时水箱底部的冷水由下循环管流入集热器形成循环，逐步使水达到使用温度。用水时，则由补水箱或自来水管向热水箱补水。

③强制循环系统。在强制循环太阳能热水系统中，工质的流动是靠泵推动，泵的运行由控制系统操控。强制循环系统的热水箱位置不必高于集热器，因此系统布置比较灵活，若采用可承压运行的集热器，系统还可以带压运行，强制循环适合于规模比较大的热水系统。强制循环系统根据加热方式又可分为直接加热系统和间接加热系统。

直接加热强制循环热水系统如图3-38所示，太阳能集热器与热水箱形成环路，当集热器出口温度高于热水箱温度达到某一设定值时，控制器起动太阳能循环泵，将集热器加热的水导入热水箱中;若两者的温差小于某一设定值,循环泵停止运行。如此反复循环，直至把热水箱中的水加热到适宜温度。系统中.热水箱由补水箱或自来水管直接补水，也可在补水管上安装电磁阀，通过水位控制仪或时间控制器控制补水时间和水量，以保证供水期间热水水温的恒定。

间接加热强制循环热水系统如图3-39所示，太阳能系统工质通过设于热水箱内的换热盘管对水加热，工质为防冻液或软化水。这种间接加热方式可以保证热水清洁及有效解决太阳能集热系统的防冻与结垢问题。太阳能循环泵的入口处设有膨胀罐或补液装置，以保持系统内压力的稳定。

以上我们介绍了常用的几种太阳能热水系统形式，供方案设计选用。但究竟确定何种系统形式，应根据工程实际及各种因素综合考虑。表3-6根据国家标准《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》( GB/T 18713-2002)给出推荐选用的运行方式。

(5)辅助加热设备的选择工程方案设计应根据用户要求或工程需要选用适当的辅助加热设备。辅助加热设各的功率应按照热水工程设计的小时耗热量确定，以保证系统在连续阴雨天工况下依然能正常供热。辅助加热设备可以采用锅炉、空气源热泵、水源热泵等。规模较小的太阳能热水工程可在热水箱内安装电加热器，但必须采取相应的安全保护措施。辅助加热设备作为太阳能热水系统的补充，可以与太阳能系统并联运行，共同对热水箱加热，也可以串联在太阳能热水供水管上，在太阳能供热不足时进行补充加热。

(6)系统投资及节能、环境效益在这个阶段，设计者可以根据方案设计做出太阳能热水工程预算并与投资方洽商、调整，形成最终的预算。

每平方米太阳能热水器每年平均替代标煤150kg，电450kWh，天然气60m3。每平方米太阳能热水器每年可减排二氧化碳233. 05kg，二氧化硫3. 3kg，二氧化氮1. 5kg，烟尘2. 55kg，具有明显的节能效益和环境效益。据此可以计算出太阳能热水工程的节能效益和环境效益。 (7)方案设计举例

①设计条件。北京某大学生活区，学生人数2000人，需全天供应淋浴热水，使用水温4 5 ℃，冷水温度15 ℃。本地区水平面上每平方米太阳能年辐照总量5432MJ (1513kWh)，平均日辐照量14. 88 MJ。

②集热器形式确定。本地区冬季气温较低，为保证系统可靠高效运行，方便运行管理，拟采用热管真空管太阳能集热器，平均集热效率55%。集热器安装方位角正南，倾角400。

③集热器面积估算。按平均每人每日45 ℃热水用量40L估算，则日总热 水用量为80t。系统日总耗热量为；

Q=CmΔt=4. 19 X 80000 X (45一15)=10056000kJ=10056MJ

太阳能集热器安装角度为400，集热器安装斜面上的太阳能辐量按约为水平面上的1. 3倍。 每平方米集热器表面上每日有效得热量为：

14.88X1.3X55%=10. 64（MJ) 太阳能集热器安装面积:F=10056/10. 64=945 (m2)

④太阳能热水系统形式。本工程拟采用直接加热式强制循环太阳能热水系统形式，系统流程如图3-40所示。

太阳能集热系统的循环采用温差控制方式。系统设两个热水箱，一个是太阳能储热水箱，一个是恒温供水箱。太阳能直接对储热水箱加热，恒温供水箱向热水用户供热，由太阳能储热水箱为其补充热水。液位控制器和补水电磁阀联合控制太阳能储热水箱的上下限水位，回水管电磁阀和热水循环泵联两个水箱的容积根据热水系统的功能和用水特点进行确定，由于学校生活热水系统的用水高峰一般集中在晚间和早晨，所以太阳能储热水箱容积确定为60m3，可以储存全天70%~80%的太阳能热量，恒温供水箱容积为20m3。为保证系统水质，在太阳能集热系统和热水供水系统水泵的出口管路上各安装了一台电子水处理器。

⑤辅助加热设备。如图3-4所示，本系统采用一台功率为700kW的燃气热水锅炉作为辅助加热设备。燃气锅炉串联在热水系统供水干管上，当热水箱出水温度不能满足使用要求或全天太阳能加热达不到水箱设定温度时，起动辅助加热设备进行加热。

⑥节能与环境效益。本系统安装热管式真空管太阳能集热器945m2，集热器日总得热量约为10055MJ，全年约367万MJ，每年节约常规能源367万MJ，相当于电102万kWh，大然气约13万m3。每年可减排二氧化碳22万t,二氧化硫3100kg，二氧化氮1400kg,烟尘2400kg,节能效益和环境效益显著。

二、太阳能热水工程的施工图设计

太阳能热水工程施工图设计是方案设计的具体化，通过施工图设计形成最终施工图样，作为工程施工、验收和预算控制的主要依据。 (1)确定热水使用工况

①确定热水水质。太阳能热水系统的水质应满足国家或行业相关标准或规范的要求 ②确定用水点的位置、用水器具的数量。可根据建筑设计图样或建设单位的要求确定 ③设定供水温度。洗浴用热水温度应符合国家标准《建筑给水排水设计规范》（GB50015 -2003）要求，供水温度一般应控制在55℃~60℃。水温过高将加速设备与管道的结垢、腐蚀，增大系统的热损失，降低供水的安全性;水温过低则易滋细菌

在目前的技术条件下，热水用太阳能集热器在出水温度45℃左右时，集热效率最为理想。出水温度设定过高则太阳能得热量会大幅度减少，辅助加热能源的用量将增加，从而使太阳能系统节能效果降低。而当连续几天不用时，储热水箱的水温会持续升高到70℃甚至80℃以上，较低的供水温度对延长集热器及管道的使用寿命和防止水垢也能起到积极的作用。所以在确定太阳能热水系统的出水温度时，从高效利用太阳能资源的角度出发，根据实际使用水温要求，将水温设定在50℃左右为宜，这样既能保证热水水质，又能达到节能的目的。 (2)系统日耗热全与小时耗热量计算一般按热水系统的实际用水量或能够满足大部分时间的用水量来确定太阳能集热系统的供热能力。短时间的用水高峰，由辅助热源补充，从而提高太阳能利用率，使其长期在比较高的效率下工作，这样考虑还可以减少太阳能集热系统投资，辅助加热设备的功率则通过小时耗热量计算确定。

①系统日耗热量计算。主要根据每日总热水用量和冷热水温度，《建筑给 水排水设计规范》给出了不同热水系统每人日热水用水定额和卫生器具用水 定额，参见书末附表1、附表2.各地区冷水计算温度参见附表3。系统日耗热 量按下式计算：

Qd?mqrC?tr?tl??r

式中Qd—系统日耗热量，J/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)； C—水的质量热容，C=4187)/(kg \； tr—热水设计温度，℃；

t1—冷水设计温度，℃（按附表3选用)； ρr—热水密度，kg,'L。 ②系统设计小时耗热量计算。根据《建筑给水排水设计规范》的规定，全日供应热水的住宅、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的设计小时耗热量按下式计算：

Qh?KhmqrCtr?tl?r86400??

式中Qh—设计一小时耗热量，W；

m一用水计算单位数，人数或床位数； qr—热水用水定额,L/ (人·d}或L/(床·d)； C—水的质量热容，C=4187J/(kg·K)； tr—热水设计温度，℃；

t1一冷水设计温度，℃(按附表3选用)； ρr一一热水密度kg/L；