陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與選用

【摘要】本文主要介紹了陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)及集熱器方面的設(shè)計和選用，其中包括采光面積容積比選用、陽臺集熱器采光面積的補償計算、陽臺集熱器上下不遮光時最佳傾角的計算與選用。

【關(guān)鍵詞】太陽能；熱水系統(tǒng)；補償計算

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)重的問題，太陽能做為可再生清潔能源，得到了世界各國的高度關(guān)注并開發(fā)利用。隨著，國家城市建設(shè)的快速發(fā)展，以及大部分省份制訂太陽能 “強裝令”政策，給太陽能在中高層住宅的應(yīng)用推廣帶來了機遇。陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)由于承壓出水使用舒適性等特點快速占領(lǐng)了多層住宅市場，但由于地理緯度、產(chǎn)品配置、建筑美觀、安裝位置等問題，造成產(chǎn)品實際使用效果并不理想。

1、中國太陽能資源分布劃分

地區(qū)

類型年日照時數(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、陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)單位采光面積容積比的確定

太陽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、陽臺壁掛集熱器采光面積的補償確定

3.1 集熱器采光面積補償計算

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，集熱器面積應(yīng)按式1計算：

A b=A/R（1）

A b—補償后集熱器采光面積；

A—補償前集熱器采光面積；

R—對應(yīng)集熱器安裝傾角、方位角時采光面積補償比；

4、陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)集熱器參數(shù)的確定

4.1 陽臺集熱器水平傾角計算

按全年使用時冬至日太陽高度角垂直入射時進(jìn)行設(shè)計，太陽高度角應(yīng)按式2計算：

β=90°-（Φ +δ）（2）

β—太陽高度角；

Φ—地理緯度；

δ—太陽赤緯角，北半球取23.45°；

陽臺集熱器最佳水平傾角S按式3計算：

S=Φ+23.45°（3）

4.2 陽臺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，陽臺集熱器水平傾角應(yīng)按式3計算為最佳，但因?qū)痈叩木窒迺斐刹煌竟?jié)上下層之間出現(xiàn)遮光現(xiàn)象，所以還需對集熱器傾角進(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)，適合安裝陽臺集熱器傾角的選用值（緯度小于28°的地區(qū)不適合高層安裝陽臺集熱器）。

如圖1，北緯28°地區(qū)，陽臺集熱器最佳安裝角為52°，當(dāng)設(shè)計板寬700～800㎜時，因季節(jié)變化上下有遮擋，當(dāng)傾角調(diào)整到（75°）時才基本全年無遮擋。建議板寬設(shè)計最大不要超過800㎜。

如圖2，緯度32°地區(qū)，陽臺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)計最好不要超過850㎜。

如圖3，緯度36°地區(qū)，陽臺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，只有極小部分遮擋。

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

5、結(jié)論

（1）陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)采用不同換熱形式時，采光面積容積比的設(shè)計推薦值。

（2）陽臺集熱器當(dāng)在不同方位角和設(shè)計傾角時，采光面積的補償計算。

（3）陽臺集熱器不同緯度水平傾角的選用。