太阳能热水器的产水量计算

( 一) 太阳能热水器的能量平衡方程太阳能热水器实际吸收到的太阳辐射能一部分用来加热水，另一部分用于加热集热器、水箱、管路等其他部分，以及支付系统各部分的热损失。根据能量平衡理论，太阳能热水器的能量平衡方程可表达为

Q A=Q U+Q L+Q S

式中Q A—每天每平方米太阳能热水器吸热表面吸收的太阳辐射，kJ 或kcal

Q U—每天每平方米太阳能热水器中工作流体获得的热量，又称有效得热，kJ 或kcal

Q L—每天每平方米太阳能热水器通过辐射、对流和传导散失到周围环境的热量，又称热损失，kJ 或kcal

Q S—太阳能热水器贮存的能量，kJ 或kcal

上式Q A=(ta)H T

Q U=MC p(t e-t i)或M=Q U/C p(t e-t i)

Q L=U L(T e-T a)Dt

Q S= SC c DT

其中H T—单位面积集热器倾斜面太阳辐射日总量kJ/ m 2或kcal/m (ta) —透过吸收率乘积%

t e、t i、t a—热水器终止水温、初始水温和环境温度℃

M—单位面积太阳能热水器的产水量kg/ m 2 C p—水定压比热kJ/kg ℃ 或kcal/kg ℃ U L—太阳能热水器总热损系数W/m2℃ 或kcal/ m 2℃h Dt —集热器吸收辐射的累计时间s C c—单位面积太阳能热水器各部分的热容kJ/ m 2℃

T f—热水器的平均温度℃

DT—太阳能热水器各部分的温升℃

t —时间s

各月代表日的选择

计算各月太阳辐射日总量月平均值，按中央气象局有关专家推荐，按下表选择各月代表日以简化计算。

表 1 各月代表日选择表

（三）珠海市的太阳辐射资源和气象条件

根据广东省气象局提供的历年统计数据，把珠海地区的气象条件列如表 2 供分析

表 2 珠海2012各月及全年太阳辐射及气象资料

根据上述计算公式，按照珠海海地区 Φ=230、S=330，并按表 1 和表 2

提供的有 关数据，可计算珠海地区倾斜面上各月太阳总辐射日总量月平均值， 因为珠海地 区太阳能热水器的使用季节以冬半年为主，故只列出广州地区 9、10、 11、12、 1、2 月的的计算结果如下表：

表3

（ 四 ） 太阳能热水器的透过率、吸收率和热损系数的估算

太阳能热水器由太阳能集热器、贮热水箱、循环管路、支架等组成，太阳能热水 器的透过率和吸收率即为太阳能集热器表面盖层的透过率和集热板的吸收率； 而 太阳能热水器的热损系数则包括了集热器的热损失、 贮热水箱的热损失和管路系 统的热损失。 显然，太阳能热水器的热损失大于太阳能集热器的热损失； 假如贮 热水箱和循环管路的热损失为零， 并假定热水器处于稳定状态， 即热水器本身各 部件既不吸热也不放热，则太阳能热水器的热损失等于太阳能集热器的热损失。 关于透过率和吸收率乘积，国家标准 GB/T6424-1997《平板型太阳能集热器技术 条件》规定集热器的 F R （ta ） e 不低于 0.68 ，对透明盖板太阳透射比 t 的要求规定 不低于 0.78 ，对于工程应用而言，通常可用 ta 值近似地代表 （ta ） e ，一般国产 3~5毫米玻璃的太阳透射比

0.8~0.85 ，而集热板的吸收率据有关文献报道， 大约 为 0.9~0.95 ，如果 t=0.83 ，a=0.93，则集热器的光效率近似等于 0.77 。

至于集热器的热损系数，国标GB/T6424-1997规定热损系数F R U L 不高于 6.0W/㎡℃ （即 5.167kcal/ ㎡℃h），假设珠海市冬半年太阳能热水器有效工作时间为 6 小时，对温升30℃的集热器来说，每平方米6小时的热损失为3888kJ/ ㎡（或

930kcal/ ㎡），若当天的太阳辐射总量为16720kJ/ ㎡（4000kcal/ ㎡），集热器的热损失约占总辐射能量的23.3%。

（五）关于珠海地区太阳能热水器的产水量的预测

根据太阳能热水器的日产水量近似计算公式

按照θ=330、τ=0.85 、α=0.95、U L=4W/㎡、（T e-T i）=30℃、Δt=6 小时、

T a=T i ，并假设水箱管路绝热，可计算出以下表格：

表 4 性能优异的太阳能热水器的月平均产水量（珠海地区）

表5 不同日效率太阳能热水器在珠海地区的产水量

表 6 晴天不同日效率的太阳能热水器在珠海地区的产水量（温升

30℃）

注：太阳辐射为 16720 kJ/ ㎡（ 4000 kcal/ ㎡） （六）初步结论

1. 根据各地接受太阳辐射总量的多少， 可将全国划分为五类地区， 珠

海属于第三 类地区，为中等类型地区， 所以珠海地区冬半年太阳能热水器的产水量不可能太 高

2. 性能优异的太阳能热水器（热效率 60%），在珠海地区冬半年每平

方米集热面 积有效得热约为 8158.1kJ/ ㎡ d （1951.7 kcal/ ㎡ d ），产生温升为 30℃的热水 产量约为 65kg 。

3. 性能优异的太阳能热水器（热效率 60%），在珠海地区冬半年晴天

时（太阳辐 射为 16720 kJ/ ㎡ d （4000 kcal/ ㎡ d ）），可产温升为 30℃的热水约为 80kg （有 效得热为 10032 kJ/ ㎡ d （2400 kcal/ ㎡ d ））。