串联连接：当集热器只有两排，且每排集热器的数量不太多时，可采用此种连接方式。

串并联连接：当集热器数量超过两排时，在每排集热器的数量不太多时，为了管道连接的方便，有时会采用此种连接方式。

前后排间距：

前后排集热器之间应留有一定的距离，以避免前排集热器影响后排集热器的采光。

1、当春夏秋季使用时，只要保证春分、秋分日前后排不遮挡，其它时间就不会遮挡

2、当全年使用时，只要保证冬至日（此时）前后排不遮挡，其它时间就不会遮挡。

一般情况下都要求在当地正午时刻，前后排不发生遮挡：

正午时，h= 90-(Ф–δ)

OB=OC=OA ctg h=OAtg(Ф–δ)。

系统管路选择与设计

常用管材种类：

钢管：

①无缝钢管：分为热轧管和冷拔管两种，广泛用于压力较高的管道，如高压供热系统和高层建筑的冷、热水管。以外径×壁厚表示。

②有缝钢管：焊接钢管通常称为有缝钢管（水煤气管）。壁厚不同，分为普通管和加厚管两种，普通钢管的工作压力不大于1MPa,加厚钢管的工作压力不大于1.6MPa。以公称直径DN表示。将有缝钢管镀锌处理后，其抗腐能力提高，内壁不易生锈，可以保护水质。镀锌钢管常用于生活饮用水管道及热水供应系统。

③铸铁管：耐腐蚀性强，但质脆，承压能力低。分为给水铸铁管和排水铸铁管。其规格以公称直径表示，分低压、普压、高压三种。

其他管材：

①聚氯乙烯(PVC)和硬聚氯乙烯(UPVC)管材：具有良好的耐老化和耐化学腐蚀性能，可在-15～60℃之间使用30～50年。目前主要用于建筑给水、排水、落水、排污、穿线、通风等方面。

②聚乙烯(PE)和高密度聚乙烯(HDPE)管材：可耐多种化学介质侵蚀的管材，据有良好的挠性，可以盘卷，具有良好的耐冲击强度。主要用于输送水、可燃性气体、腐蚀性流体等。

③交联聚乙烯（PEX）和聚丁烯（PB）管材：PEX和PB管材完全无毒 ，使用温度范围最宽，为-70～110℃，可输送90℃左右的热水，长期使用温度为95℃ 。PEX管材一般只有小口径管(20-63mm)，热膨胀系数较大，采用金属管件受压连接，其配件成本较高，连接时问题较多。PB管材适合制作小口径受压管，安装时可以熔焊与压接相结合，连接牢固。PEX和PB管材可作为包括饮用水和热水在内的各类流体。PEX比PB管材价格低30～50%。

④无规共聚聚丙烯（PP-R）管材：具有耐压、保温等优点，长期使用温度为70℃，比较适合温水输送。它可以采用熔接方式连接，连接可靠，其废料还可再利用，是名副其实的绿色建材。

⑤铝塑复合管（PAP）：有两种类型，一种是采用HDPE的PAP管材，只能用于低温介质的输送；另一种是采用PEX的PAP管材，气密性好，耐压较高，耐爆破应力大，热膨胀系数小，抗静电，使用寿命长，可输送包括饮用水和热水在内的各种流体，可在95℃高温和小于1MPa压力的条件下长期工作。PAP管的缺点是管材连接不能用热熔连接和胶粘接，只能用专用铜制管件，废品不能回收再用

⑥ABS管材：由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的共聚物或共混物。它是通用塑料中强度和韧性较好的一种。在-40～100℃范围内能保持韧性和刚度。但它的耐候性较差。

⑦铜管和塑覆铜管：随着人们对饮用水卫生性能要求的愈来愈高，铜管和塑覆铜管在城市的高层、超高层以及中高档商品房中大量使用。塑覆铜管一般是用含铜量99.9%的无缝T2紫铜管为基体，外壁覆上具有特殊造型的聚乙烯为主体及其它多种添加剂的保温层，经物理和化学反应相结合而成的的新一代供水管材，特别适合用做热水管。

⑧薄壁不锈钢管和不锈钢保温管：薄壁不锈钢管是厚度为0.7～1.2mm的不锈钢板制成的15～50mm的给水管，通过管壁薄壁化，可大大降低管材的成本。不锈钢管强度高，耐压、耐高温，使用寿命长，适用范围广，可广泛用于建筑的冷、热水供水系统。

相关规范对管材要求，请查看：建筑给水排水设计规范GB50015-2003（2009版）。

常用阀门种类：

（1）闸板阀门：无方向性，比较严密，安装长度较短，由于闸板阀的进出口和阀底在同一直线位置，故介质流动的局部阻力很小，异物也不易被阻塞，因而其常用作排污和管道系统或水箱底部的泄水阀。闸板阀门常用于作全开全闭的位置，不能用于蒸汽管道上，不宜用它作调节流量，如果闸板阀门长期处于半开半关的状态下工作，闸板的密封面会因受介质冲刷而不能密封严密。

(2)截止阀和节流阀：截止阀阀芯的端部是平的，节流阀阀芯是锥形的，安装时应注意介质的流向应该是下进上出。截止阀流体阻力大，调压作用明显，但不宜用在输送粘性介质的管道上。带橡胶密封的截止阀广泛用于冷水管道，铜阀芯密封的截止阀广泛用于热水和蒸汽管道上。

（3）球阀及旋塞：球阀和旋塞是靠阀体内可以旋转的关闭件来打开和关闭阀门。当塞子中心的通孔与管路的进出方向一致时，阀门全开，垂直时阀门全关。球阀和旋塞启闭迅速，流动阻力小，流量大，操作简单快捷。但它密封面易磨损，适合低温低压和粘度较大的介质管道和要求快开快关的的部位。

（4）蝶阀：蝶阀可以围绕阀座内的一个固定轴旋转90°，以实现蝶阀的开启和关闭。通过改变蝶阀的旋转角度，可以分级控制流量。蝶阀启闭迅速、方便，但因其密封材料是橡胶，因此多用于压力和温度较低的管道上。

（5）逆止阀（止回阀）：逆止阀可使液体介质只能向一个方向流动，阻止其逆向流动。逆止阀有方向性，安装时应特别注意

（6）浮球阀：浮球阀可以自动控制水箱中的水位。

（7）减压阀：减压阀的作用是降低管路介质的压力，使经过减压阀流出的介质的压力符合设计要求。

（8）安全阀（泄压阀）：安全阀的作用是自动泄除管道或设备中的过高的压力，当压力恢复正常后，自动关闭。

(9)自动排气阀：自动排气阀的作用是自动排出管路或设备内的空气，使系统正常工作。

(10)电磁阀和电动阀：电磁阀和电动阀的作用是根据控制元件给出的通断电信号，自动开启或关闭阀门， 从而起到自动控制的作用。

常用阀门选择：

（1）根据介质特性、工作压力和温度，选择阀体材料。阀体材料有灰铸铁、铸钢、铸铜、不锈钢等。

（2）根据阀体材料、介质的工作压力和温度确定阀门的公称压力级别。低压阀门的使用压力PN≤1.6MPa，中压阀们的使用压力1.6MPa＜PN≤6.4MPa，高压阀门的使用压力10MPa≤PN≤100MPa，超高压阀门的使用压力PN＞100MPa。

（3）根据公称压力、介质特性和温度，选择密封面材料。使其最高使用温度不低于介质工作温度。

（4）根据管道的管径计算值，确定阀门的公称直径。一般情况下，阀门的公称直径和管道的公称直径相同。

（5）根据阀门的用途和要求，选择阀门的驱动方式。阀门的驱动方式有手动、电动、气动、液动、机械传动等。

（6）根据管道的连接方式和阀体公称通径大小，选择阀门的连接形式。一般小管径的阀门采用螺纹连接，大管径的阀门采用法兰连接。

（7）根据阀门的公称压力、公称直径、介质特性和工作温度选择阀门类别、结构形式和型号。

常用水泵选择：

根据泵的工作原理，通常将泵分为以下三类。

1、叶片式泵：叶片式泵是由装在主轴上的叶轮产生旋转作用，对流体做功，使流体能量增加。根据流体的流动情况， 又分为离心式、轴流式、混流式等。

2、容积式泵：容积式泵是靠机械运转时，内部的工作容积不断产生变化，对流体产生挤压，使流体获得能量。如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。

3、其它类型的泵：它是通过流体的相互紊动混合来传递能量，使流体能量增加。如射流泵、空气抽水机、漩涡泵、真空泵、水锤泵等。

水泵的工作参数：

1、流量：流量是泵的重要参数之一，如果流量发生变化，其他参数（如扬程、功率、效率）也将相应的跟着变化。泵标牌上的流量，通常是指额定流量，泵的尺寸和形状是根据这一特定的流量设计的，因此又称为设计流量。一般泵在这个流量下工作，效率最高，如偏离这个流量，效率就会下降，偏离愈多，效率下降愈多。

2、扬程：泵的扬程是指泵能扬水的高度。泵标牌上的扬程， 一般是指通过额定流量时的扬程，所以又称额定扬程。扬程的单位一般为m。

3、转速：泵的转速是指泵轴单位时间旋转的次数，单位一般为r/min。泵标牌上的转速，称之为额定转速，标牌上所标的扬程、功率等参数都是在泵的额定转速下运行，在额定流量下的参数。当转速发生变化后，这些参数都随之变化。一般情况下，泵的转速是不会变化的。

4、功率：泵的功率包括有效功率、轴功率和配套功率三种。有效功率是单位时间内，流过泵的流体从泵那里得到的能量。它可以用泵的流量和扬程进行计算。轴功率是指原动机输送给泵的功率，配套功率是指泵应选配的原动机的功率值。配套功率一般是轴功率的1.05～1.13倍。

5、效率：水泵的效率是指泵的有效功率与轴功率的比值。它是水泵比较重要的技术经济指标，名牌上所标的效率是指这台水泵在额定转速下运行时可以达到的最高效率。

6、比转数：比转数又称比速，泵的比转数愈高，其流量就愈大，扬程愈小；反之，比转数愈低，其流量就愈小，扬程愈大。不同类型的泵，其比转数差别很大，离心泵的比转数一般在30～300之间；混流泵的比转数一般在300～600之间；轴流泵的比转数一般在500～1400之间，某些低扬程的轴流泵的比转数可达1800左右。

水泵的选型：

选择泵时，主要看其扬程和流量是否符合实际需要。

（1）流量的确定

太阳热水系统循环泵的流量的计算方法如下：Q=qA

式中：q — 系统设计流量（m3/㎡·s）；一般取(36～72)L/㎡·h

A — 太阳热水系统采光面积，（m2）

太阳热水系统其它用途的泵的流量应根据其用途确定泵的流量。

（2）扬程的确定

太阳热水系统循环泵的扬程的计算方法如下：

H = (1.1～1.2)(Hs Hx)

式中：Hs— 太阳热水系统提升液体介质（水）的高度，mH2O；

Hx— 太阳热水系统总流动阻力（沿程阻力和局部阻力之和），mH2O。

从上式可知：太阳热水系统循环水泵的扬程取决于两个因素，一个是水泵提升水的高度，另一个是系统循环回路的流动阻力。

关于提升液体的高度：

水泵提升水的高度等于太阳热水系统太阳集热器水位与水箱水位的高度.

1、对于闭式循环回路，Hs=0。

2、对于开式循环回路，当水箱与集热器同在一个水平面上，且最高水位一样时，Hs=0；当水箱与集热器不在一个水平面上，或虽在一个水平面上，但最高水位不一样时，Hs等于二者最高水位的高度差。

关于系统循环阻力：

1、系统循环回路的流动阻力的计算可以分别计算沿程阻力和局部阻力，然后相加；

2、也可以按沿程阻力值估算局部阻力值

a) 当集热器并联连接时，系统由多个回路，计算流动阻力时，应选择阻力最大的回路计算。

b）集热器串联连接时，集热器的阻力较大，应单独计算。

c）集热器阻力的计算应根据厂家提供的集热器的流体压降数值计算。

根据经验，系统循环回路的流动阻力一般在2～5 mH2O。

电气控制系统设计：

（1）最大限度的实现太阳热水系统对电气控制系统的要求

应弄清楚系统电气控制的要求，控制元件之间的关系，从操作和安全角度考虑应配置的指示和控制内容。

（2）在满足生产工艺要求的前提下，力求使控制线路简单、经济

a)尽量选用标准电器元件，选用相同的电器元件，减少电器元件的数量

b)选用经过实践考验的控制元件；减少不必要的触点，简化电气线路；

c)尽量缩短连接导线的长度；

d)在工作状态，除必要的电器元件必须通电外，其余的尽量不通电。

（3）保证电气控制线路的可靠性

包括正确连接触点，正确连接电器的线圈，避免出现寄生电路等。

（4）保证电气控制线路的安全性

应具有完善的保护环节，避免发生事故。如：短路保护、过电流保护、过载保护、漏电保护等。

（5）力求操作、维护、检修方便

设置电气隔离，避免带电检修；设置手动、自动转换开关，以备急用；设置紧急情况下，人工停止按钮等。

常用控制元件：

太阳热水系统常用的控制元件主要有以下几种。

（1）温度控制仪：温度控制仪是太阳热水系统最常用的控制仪表。利用温度控制仪可以很方便的实现太阳热水系统的各种温度控制，如单点定温控制，区间温度控制等，

（2）温差控制仪：利用温差控制仪可以实现水箱水温和太阳集热器水温的温差控制。当太阳集热器水温高于水箱水温时，温差控制仪可自动给出通电或断开信号；当太阳集热器水温不高于水箱水温时，温差控制仪可自动给出断开或通电信号。

（3）光控仪：当太阳光达到一定辐射强度后，光控仪可自动给出通电或断开信号；当太阳光强度不足时，光控仪可自动给出断开或通电信号。

（4）水位仪：可显示和控制储热水箱水位。

（5）定时器：可设定某一时间区间或若干时间区间的通电、断电信号。

(6)模拟电路：可按预先编制好的程序，实现水温、水位、时间、压力、流量等多种控制功能。

（7）可编程控制器（PLC）：可根据太阳热水系统的需要，设计控制程序，实现水温、水位、时间、压力、流量等多种控制功能和显示、储存、计算等功能。并可与电话线相连，实现太阳热水系统的远程监视和控制。

系统防冻设计：

防冻设计的目的：对于太阳热水系统，为了减少热能散失，太阳集热器和系统管路都有保温措施。这些保温措施可以显著地减少热能散失，同时也可延缓系统结冰，但这些保温措施，不能确保系统不结冰。因此，太阳热水系统必需考虑防冻问题。

系统防冻包括太阳集热器防冻和管路防冻。对于平板集热器，如果冬季在结冰地区使用，就必须考虑防冻问题；对于真空管集热器，当在低于-20℃的环境下使用时，也需要考虑防冻问题；对于管路系统，当在低于0℃的环境下使用时，也需要考虑防冻问题。

（1）循环防冻：

①连续循环：在冬季结冰的季节，使循环水泵连续不停的循环，以防止结冰。这种方法的缺点是既浪费电能，又增加水泵的磨损。

②间歇循环：在冬季结冰的季节，通过定时器，使循环水泵间歇循环，即循环一定时间，停止一定时间，以防止结冰。这种方法解决了连续循环防冻的缺点，但如果停止循环的时间过长，有可能造成结冰。

③定温循环：定温循环有两种控制方法。一种是由温控仪根据环境温度来自动控制水泵，当环境温度低于某一温度值时，温控仪使循环水泵启动；当环境温度高于某一温度值时，温控仪使循环水泵停止。另一种方法是由温控仪根据太阳热水系统管路内水的温度来自动控制水泵，当管路水温低于某一温度值时（一般为2℃），温控仪使循环水泵启动；当管路水温高于某一温度值时（一般为6℃），温控仪使循环水泵停止。显然定温循环防冻的方法比较科学。两种定温循环防冻的方法相比，前一种方法可靠，但存在浪费；后一种方法合理，但应注意温控仪感温探头的位置一定要放置在最容易结冰的位置。

（2）伴热带防冻：

伴热带防冻就是通过在太阳热水系统的管路上加装电加热带的方式，从而达到防止管路结冰的目的。电伴热带也有几种控制方式。

①温控伴热防冻：通过温度控制仪来自动控制电加热带通电与断电的方式，来达到防止管路结冰的目的。当温度低于某一温度值时，温控仪使电加热带通电；当温度高于某一温度值时，温控仪使电加热带断电。监测的温度可以是环境温度，也可以是管路的水温。

②自限温伴热防冻：伴热带本身的发热电阻水温度变化而变化。当温度升高时，发热电阻增大，通过伴热带的电流减小；当温度达到某一数值时（一般为60～85℃），发热电阻很大，几乎使伴热带不导电；当温度下降后，发热电阻又逐步变小。由此可见，自限温伴热带具有温度自调功能。

（3）排空防冻

排空防冻就是通过排空太阳热水系统管路和集热器中的水，来达到防止管路结冰的目的。排空防冻有两种方式。

①防冻排空阀防冻：在太阳热水系统管路的最低处安装一防冻排空阀，当环境温度达到可能使管路中的水结冰时，防冻排空阀自动打开，使太阳热水系统中的水从防冻排空阀排出。从而达到防止结冰的目的。

②回流排空防冻：使太阳热水系统的水箱低于管路和太阳集热器，当循环水泵停止循环后，太阳集热器和管路中的水自动回流到水箱中，使太阳集热器和管路排空，从而达到防止结冰的目的。

（4）防冻液防冻

对于双回路太阳热水系统，一次回路的循环采用防冻液作为循环介质，从而达到防冻的目的。防冻液防冻还具有不结垢的优点。目前使用的防冻液多为乙二醇、水和缓蚀剂组成的混合溶液。

防冻方法选择：

1、循环防冻是一种被动防冻的方案，具有投资小的优点。缺点是一旦停电，将造成结冰冻坏的危险，且在高寒地区使用，即使循环，也仍有可能结冰。尤其是对于散热很大的平板集热器，有可能冻坏吸热板芯。因此，循环防冻一般用于真空管太阳热水系统的防冻。

2、伴热带防冻也是一种被动防冻的方案，可以在高寒地区使用。但伴热带只能解决管路的防冻问题，不能解决太阳集热器的防冻问题。因此也能用于集热器抗冻的真空管太阳热水系统。

3、排空防冻是一种主动防冻的方案，防冻比较可靠，尤其是回流排空防冻。因此，多用于平板集热器系统的冬季防冻。对于全玻璃真空管集热器系统，一般不宜采用排空防冻的方案，因为，排空后再次上水，有可能造成全玻璃真空管炸管。另外，选用排空防冻时，最好加大系统管路和集热器的坡度，以利于水回流通畅。

4、防冻液是一种主动防冻的方案，具有可靠防冻的优点，适应各种类型的集热器。但需定期检查一次回路中的防冻液，且双回路循环系统使太阳热水系统工程成本增加，效率有所降低。因此防冻液防冻一般用于双回路分体太阳热水系统。

漏电保护设计：

在太阳热水系统中，一般采取接地和漏电开关双重保护措施。

（1）接地保护的范围

将用电设备上与带电体相绝缘的金属外壳做接地连接称为接地保护。下列设备，除另有规定外，一般均应做接地处理。

① 水泵、电磁阀、电动阀等用电设备。

② 电控箱等电控设备。

③ 电缆金属的外皮及电缆接线盒。

④ 电力线路的金属保护管、敷线的钢索、各种金属接线盒等。

⑤ 靠近带电电器的金属支架、护栏等。

⑥ 其它有可能造成带电的金属构件。

（2）漏电开关保护

太阳热水系统应单独设立电气控制柜，电气控制柜应安装漏电保护开关，以确保系统漏电时，能自动切断电源，避免触电事故发生。

系统防腐蚀措施：

金属腐蚀是指金属材料或金属制品在周围环境介质的作用下，逐渐产生的损坏或变质现象。金属腐蚀是一个十分复杂的过程，首先，环境介质的组成成分、浓度、压力、温度、Ph值等千差万别；其次，金属材料的化学成分、组织结构、表面状态等也是各种各样；另外，由于受力状态不同，也可能对腐蚀造成很大的影响，有时甚至是决定性的影响。因此，存在各种不同的腐蚀分类方法。

腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类：

化学腐蚀是因金属表面与介质发生化学作用而引起的，它的特点是在作用进行中没有电流产生。化学腐蚀又分为气体腐蚀和在非电解质中的腐蚀

电化学腐蚀在进行的过程中有电流产生。按照所接触环境的不同，可以把电化学腐蚀分为如下几类：

1、大气腐蚀：腐蚀在潮湿的气体中进行，大气的相对湿度对大气腐蚀影响很大，在一定温度下，当大气的相对湿度保持在某一值以下时，大气腐蚀很轻微，当大气的相对湿度增加到某一值时，大气腐蚀速率开始突然升高。这一数值，称为临界湿度。对于钢铁、铜、镍、锌等金属，临界湿度一般在50-70%之间。大气中的灰尘，对金属的大气腐蚀也有很大影响，灰尘落在金属表面，由于灰尘具有毛细管凝聚作用，在有灰尘的地方，特别容易结露，从而容易使金属受到腐蚀。另外，大气中的气体，如CO2、SO2、H2S、NO2、NH3、CI2等，对不同的金属也会造成腐蚀，特别是SO2，可被氧化变成SO3，然后与水作用成为H2SO4，对不耐稀硫酸的铁、锌、镉等金属构件，腐蚀非常严重。

2、土壤腐蚀：埋设在地下的金属构件（如管道、电缆等）会受到土壤腐蚀。土壤的电阻率、土壤中的含氧量、土壤的PH值、土壤中的细菌、埋在地下的导电体因绝缘不良而泄失出来的电流等，都会对金属形成土壤腐蚀。

3、在电解质溶液中的腐蚀：在淡水和海水中的金属构件会造成淡水或海水腐蚀。

4、在熔融盐中的腐蚀：例如在热处理车间，熔盐加热炉中的盐炉电极与所处理的金属发生的腐蚀。

根据腐蚀破坏的形式，还可以把腐蚀分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。均匀腐蚀是指腐蚀作用均匀地发生在金属表面上；局部腐蚀是指腐蚀作用仅局限在一定的区域。在一般情况下， 局部腐蚀比均匀腐蚀的危害性要大得多。

局部腐蚀又可分为：

点腐蚀：又叫小孔腐蚀或孔蚀。是一种腐蚀集中于金属表面得很小范围内，并深入到金属内部的蚀孔状腐蚀形态。金属浸泡在溶液中或与潮湿环境接触，常常发生点腐蚀；金属暴露在大气中，若金属表面凝结有水地或水膜，也可能发生电腐蚀；输送水、油、气的钢管，埋在土壤中就经常出现点腐蚀；不锈钢放在含氯离子的介质中，使用时容易发生点腐蚀；铝和铝合金在某些介质中也会出现点腐蚀。点腐蚀是一种破坏性和隐患较大的腐蚀形态之一。

缝隙腐蚀：缝隙腐蚀是因金属与金属、金属与非金属的表面间存在缝隙，并有介质存在时发生的局部腐蚀形态。造成缝隙腐蚀的条件有：金属结构的铆接、焊接、螺纹连接等；金属与非金属的连接，如金属与塑料、橡胶、木材、石棉等。

晶间腐蚀：晶间腐蚀是指金属晶粒沿着金属晶粒的边界或它的近旁发生的腐蚀现象。这种腐蚀能使晶粒间的结合力大大减弱，材料强度显著降低。不锈钢在焊接时，由于受热影响，在焊缝附近很容易发生晶间腐蚀。不锈钢、铝合金、镁和金、镍基合金都存在晶间腐蚀问题。

电偶腐蚀：电偶腐蚀又称接触腐蚀或异金属腐蚀。当两种金属或合金相接触，可以发现在溶液中电位较负的金属腐蚀速度加大，而电位较正的金属受到保护，这种现象就是电偶腐蚀。在工程技术中，采用不同的金属组合是不可避免的，所以电偶腐蚀也是一种常见的腐蚀形式。

本文来源于互联网，作者：杨金良。暖通南社整理编辑。