太阳能集热器面积计算说明

太阳能集热器面积计算

1、前言

2005年笔者参与了由厦门市建设与管理局组织的《厦门市太阳能热利用与建筑一体化实施可行性报告》的课题研究，经过近一年的努力，调研、学习总结太阳能热水系统运用较好的云南、山东省份的工程经验，针对厦门太阳能资源及气候条件的实际情况，提出了在厦门地区太阳能热利用与建筑一体化的可行实施方案，课题针对不同的建筑形式提出了在厦门市太阳能利用推荐方案，对今后厦门市实施太阳能热利用与建筑一体化具有科学、实际的指导意义。近几年笔者多次参与厦门市太阳能试点工程的设计及专家论证会，并对工程进行跟踪调研，积累了一些经验。下面笔者就太阳能在民用建筑应用技术方面的设计要点进行阐述，供同行参考。中华太阳能

２、我国目前太阳能热水系统应用技术现状

太阳能作为一种可持续使用的绿色能源，在我国已广泛开发使用，建设部根据国家可持续发展规律战略要求，已在民用建筑中积极推广使用太阳能热水器，并在全国范围内推广实施"阳光计划"。近年来，我国太阳能利用虽然取得了很好的节能效益，但在民用建筑中太阳能利用往往自成系统，作为建筑的后置设备安装和使用，即使是新建筑，也是简单的安装在屋面上。因为早期没有可执行的相关国家规范，太阳能热水器在建筑上布置极为随意，未预留管井，无位置随意占用烟道，集热器、热水箱的承载、防风、避雷等安全措施不健全，给城市景观、建筑的安全带来及不利的影响。笔者在参观昆明太阳能利用情况时，看到许多类似

的情况，已大大影响了市容市貌和建筑安全，致使国内有些城市禁止在建筑上安装太阳能热水器，并要求拆除已安装的太阳能热水器，这些都将制约太阳能热水系统在建筑中的利用。为使太阳能热水系统安全可靠、性能稳定，与建筑和周边环境协调统一，并规范太阳能热水系统的设计、安装和验收，推动太阳能热水系统在建筑中的利用，近年来国家先后出台了一系列相关规范和国标图集，有GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》、GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》、GB/T20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》、国标图集06J908-6《太阳能热水器选用与安装》06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》….及省标J10807-2006《居住建筑与太阳能热水系统一体化设计、安装及验收规程》（以下简称省标J10807-20 06），以上标准都各具特色，特别是国标GB50364-2005是我国第一项

有关太阳能热水系统在建筑中应用的国家标准，为我国太阳能热水系统在建筑中推广应用提供了技术依据。

３、民用建筑太阳能热水系统设计要点及主要设计步骤

《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中（以下简称GB50364-200 5）首先强调民用建筑太阳能热水系统设计应纳入建筑给排水设计中，

建筑给排水专业人员在太阳能企业技术人员的配合下，依据规范GB503 64-2005的要求，对太阳能热水系统进行设计，同时并应符合国家现行有关标准的要求。

3.1、民用建筑太阳能热水系统设计的基本条件：

根据我国太阳能资源分布情况，福建南部属于太阳能资源较丰富地区，福建北部属于太阳能资源一般地区。参照省标J10807-2006表3.1.2：福建省又可分为I类地区和II类地区，福州、厦门等城市属I类地区，太阳能资源较丰富，民用建筑宜设计选用太阳能热水系统。

3.2、民用建筑主要基本情况调查：

周围环境：建筑所处地点纬度、年日照时间、年太阳辐射强度、年环境温度等；

建筑功能：最高日热水量、供水方式、用水温度、用水点位置等；

安装条件：场地面积、形状、建筑结构承载力、遮挡情况等；

辅助热源情况：电价、气价

3.3、太阳能热水系统类型的确定：

设计人员应根据建筑物以上综合因素，依据规范GB50364-2005表4.2. 6选择系统类型，选择其类型、色泽和安装位置，应与建筑物整体及周围环境相协调。

系统选型举例：图（1）太阳能热水系统对照表4.2.6选择系统类型即为：集中供热水系统、强制循环系统、间接系统、内置加热系统、全日自动启动系统。

3.4、太阳能集热器类型的确定：

太阳能集热器的类型有平板型集热器和真空管集热器，真空管集热器又分全玻璃真空管和热管式真空管。真空管集热器具有保温性能好，低温热效率高，其吸收系数可达到94～96%，辐射系数小于6%，适合在北方地区使用，国内应用约80%。而平板型集热器在高温时热效率高，低温

时热效率较低，具有承压高、热传递性能好等优点，适合在南方地区使用，在国内应用约占20%，在国外平板型集热器应用约占90%。太阳能集热器类型的确定应根据系统的特征、运行时间，运行环境及用户需求等综合因素来确定。

3.5、太阳能集热器面积的确定：

3.5.1直接系统集热器面积：（根据规范GB50364-2005 公式

4.4.2-1）

式中 A c -- 直接系统集热器总面积，m2；

Q w -- 日均用水量，kg；

C w -- 水的定压比热容，kJ /（kg ·℃）；

tend -- 贮水箱内水的设计温度，℃；

ti -- 水的初始温度，℃；

JT -- 当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，kJ/m2；

f -- 太阳能保证率，%；根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，宜为30%～80%；

ηcd -- 集热器的年平均集热效率；根据经验取值宜为0.25～0.50，具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定；

ηL-- 贮水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20～0.30。

3.5.2间接系统集热器面积：（规范GB50364-2005 公式

4.4.2-2）

式中 AIN --间接系统集热器总面积，