陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與選用

【摘要】本文主要介紹了陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)及集熱器方面的設(shè)計(jì)和選用，其中包括采光面積容積比選用、陽(yáng)臺(tái)集熱器采光面積的補(bǔ)償計(jì)算、陽(yáng)臺(tái)集熱器上下不遮光時(shí)最佳傾角的計(jì)算與選用。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；熱水系統(tǒng)；補(bǔ)償計(jì)算

前言

當(dāng)今，全世界面臨化石能源日漸短缺和環(huán)境惡化日趨嚴(yán)重的問(wèn)題，太陽(yáng)能做為可再生清潔能源，得到了世界各國(guó)的高度關(guān)注并開(kāi)發(fā)利用。隨著，國(guó)家城市建設(shè)的快速發(fā)展，以及大部分省份制訂太陽(yáng)能 “強(qiáng)裝令”政策，給太陽(yáng)能在中高層住宅的應(yīng)用推廣帶來(lái)了機(jī)遇。陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由于承壓出水使用舒適性等特點(diǎn)快速占領(lǐng)了多層住宅市場(chǎng)，但由于地理緯度、產(chǎn)品配置、建筑美觀、安裝位置等問(wèn)題，造成產(chǎn)品實(shí)際使用效果并不理想。

1、中國(guó)太陽(yáng)能資源分布劃分

地區(qū)

類型年日照時(shí)數(shù)（h/a）年輻射總量（MJ/m2·a）包括的主要地區(qū)每100L集熱器面積（㎡）備注

一類3200-3300≥6700西藏北及大部分，新疆南部，甘肅西部、西北一角，青海南、西、西南，內(nèi)蒙古烏蘭察布盟、巴彥卓爾盟、伊克昭盟一部分1.2太陽(yáng)能資源最豐富地區(qū)

二類3000-32005400-6700新疆北及大部分，內(nèi)蒙伊克昭盟大部分，寧夏，內(nèi)蒙呼倫貝爾盟、陜北、甘肅東部，內(nèi)蒙錫林郭勒盟、烏蘭察布盟、河北、山西北部，遼寧部分，云南北一部分，北京、天津、山東西北部，青海東，甘肅、 四川南，西藏東，廣東、福建沿海一帶，海南省1.4較豐富地區(qū)

三類2200-30004200-5400河南、黑龍江、吉林、廣西大部分，安微、山東部分，山西南，長(zhǎng)白山、遼寧地區(qū)，湖南、安微、江蘇、浙江、江西、福建及廣東的東南北大部分1.6中等地區(qū)

四類1400-2000 貴州、廣西、河南、四川、湖北、湖南西部，廣西北，陜西南，云南1.8較差地區(qū)

五類1000-1400≤4200四川、貴州大部分地區(qū)2.0最差地區(qū)

2、陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)單位采光面積容積比的確定

太陽(yáng)能資源條件直接加熱系統(tǒng)——單位采光面積容積比參考值（L/㎡）間接加熱系統(tǒng)——單位采光面積容積比參考值（L/㎡）

一類（最豐富地區(qū)）8070

二類（較豐富地區(qū)）7060

三類（中等地區(qū)）6050

四類（較差地區(qū)）5545

五類（最差地區(qū)）5040

3、陽(yáng)臺(tái)壁掛集熱器采光面積的補(bǔ)償確定

3.1 集熱器采光面積補(bǔ)償計(jì)算

當(dāng)集熱器方位角偏離正南和傾角不等于當(dāng)?shù)鼐暥葧r(shí)，集熱器面積應(yīng)按式1計(jì)算：

A b=A/R（1）

A b—補(bǔ)償后集熱器采光面積；

A—補(bǔ)償前集熱器采光面積；

R—對(duì)應(yīng)集熱器安裝傾角、方位角時(shí)采光面積補(bǔ)償比；

4、陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)集熱器參數(shù)的確定

4.1 陽(yáng)臺(tái)集熱器水平傾角計(jì)算

按全年使用時(shí)冬至日太陽(yáng)高度角垂直入射時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，太陽(yáng)高度角應(yīng)按式2計(jì)算：

β=90°-（Φ +δ）（2）

β—太陽(yáng)高度角；

Φ—地理緯度；

δ—太陽(yáng)赤緯角，北半球取23.45°；

陽(yáng)臺(tái)集熱器最佳水平傾角S按式3計(jì)算：

S=Φ+23.45°（3）

4.2 陽(yáng)臺(tái)集熱器不同緯度水平傾角的選用

以高層住宅建筑為例介紹?，F(xiàn)在城市高層住宅樓房層高一般在2.8～3.0米之間，考慮冬季用熱量較大，陽(yáng)臺(tái)集熱器水平傾角應(yīng)按式3計(jì)算為最佳，但因?qū)痈叩木窒迺?huì)造成不同季節(jié)上下層之間出現(xiàn)遮光現(xiàn)象，所以還需對(duì)集熱器傾角進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整。下面列出不同地理緯度帶地區(qū)，適合安裝陽(yáng)臺(tái)集熱器傾角的選用值（緯度小于28°的地區(qū)不適合高層安裝陽(yáng)臺(tái)集熱器）。

如圖1，北緯28°地區(qū)，陽(yáng)臺(tái)集熱器最佳安裝角為52°，當(dāng)設(shè)計(jì)板寬700～800㎜時(shí)，因季節(jié)變化上下有遮擋，當(dāng)傾角調(diào)整到（75°）時(shí)才基本全年無(wú)遮擋。建議板寬設(shè)計(jì)最大不要超過(guò)800㎜。

如圖2，緯度32°地區(qū)，陽(yáng)臺(tái)集熱器最佳安裝角為56°，三種寬度的板子上下還是都有遮擋，其傾角可調(diào)整到板寬800㎜（65°）、板寬900㎜（65-70°）、板寬1000㎜（70-75°）。為了保證溫升效果，此緯度建議板寬設(shè)計(jì)最好不要超過(guò)850㎜。

如圖3，緯度36°地區(qū)，陽(yáng)臺(tái)集熱器最佳安裝角為60°，其傾角可調(diào)整到板寬800㎜（60°）、板寬900㎜（65°）、板寬1000㎜（65°-70°）。此緯度帶板寬1000㎜（65°）時(shí)，只有極小部分遮擋。

如圖4，緯度40°地區(qū)，陽(yáng)臺(tái)集熱器最佳安裝角為64°，板寬800～1000㎜時(shí)，傾角可調(diào)整到65°，此緯度帶三種板寬已全無(wú)遮擋。

5、結(jié)論

（1）陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)采用不同換熱形式時(shí)，采光面積容積比的設(shè)計(jì)推薦值。

（2）陽(yáng)臺(tái)集熱器當(dāng)在不同方位角和設(shè)計(jì)傾角時(shí)，采光面積的補(bǔ)償計(jì)算。

（3）陽(yáng)臺(tái)集熱器不同緯度水平傾角的選用。