阳台(南墙)太阳能集热器倾角设计与确定

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太阳能热水器安装的最佳朝向和倾角

太阳能热水器安装的最佳朝向和倾角

25太阳能热水器安装的最佳朝向和倾角杨建华俞庆国・高新技术・河南科技1999年第11期由于地球的自转和公转,太阳相对于地面上某一点来说,其方向是中不断地变化着。

要使太阳能热水器收集最多的太阳能,就应使其始终与太阳入射光线相垂直。

这就要求有一种自动跟踪太阳的装置,时刻调整太阳能热水器的朝向和倾角。

由于自动跟踪装置成本高,使用维护复杂,除大型的太阳能设备以外,一般的家庭太阳能热水器不使用这种装置,而常采用固定式或半固定式装置。

虽然这些装置不及自动跟踪太阳装置的效果好,但由于经济、实用,故被广泛采用。

固定式装置是安装太阳能热水器时,根据当地的辐射季节变化而确定一个较好的朝向和倾角,一经确定,就固定不变。

半固定式装置是一种简单的朝向和倾角可调整的装置,利用它可以间隔一定的时间(如在一天中的几个时刻或一年中的几个月份)对太阳能热水器的朝向和倾角进行人工调整。

一、最佳朝向的选择倾斜面上天文辐射日总量的计算公式为:Q 0=I 0T/2πρ2[si n δ(si n αco s α-co s αco s β)(W 2-W 1)+co s δ(co s αco s β+si n βsi n αco s β)(wi n W 2-wi n W 2)-si n αsi n βco s δ(co s W 2-co s W 1)]上式中:Q 0为倾斜面上天文辐射时总量,单位是卡/厘米2・日;I 0为太阳常数(1,96卡/厘米2・分);T 为一天的时间长度,单位是分;ρ为以日地平均距离为单位的日地距离;φ为太阳赤纬;9为地理纬度;w 1为日出时角;W 2为日落时角;β为倾斜面朝向,以正南开始计算,顺时针方向为正,逆时针方向为负;9为倾斜面与地面的夹角。

用上述公式对北纬0—50°各坡向、坡度夏半年,冬半年及全年的天文辐射总量进行计算和分析,得出下列结果:①夏半年在赤道附近的低纬度,北坡天文辐射量最大,南坡最小;②夏半年在北回归线附近,以东坡或者西坡的天文辐射量为最大,北坡辐射量最小。

阳台式集热器安装注意事项

阳台式集热器安装注意事项

1、阳台式太阳能系统为自然循环防冻液换热系统,生活热水系统采用自来水自身压力给水系统;2、集热器安装时,按说明书规定的间距用钢尺定位两个三角架之间的准确距离及各固定孔之间的孔距,然后在固定集热器的墙体上进行螺丝孔的钻打,把φ12的固定胀栓连同支架固定在打好的孔内。

3、阳台壁挂太阳能水箱为竖向水箱,确定安装水箱的位置,此位置需要是承重墙,要尽可能的缩短水箱与集热器之间的距离并保障水箱底部与集热器顶端有350mm以上的高度差,且安装管路坡度不能小于10%,不能有反向弯。

4、在水箱与安全阀之间严禁加装任何可关闭阀件,防止意外关闭造成水箱过压损坏。

当自来水压力超过0.4Mpa,须在供水管线上安装减压阀。

5、安全阀必须安装在洗浴间或有地漏的位置,安全阀溢出的水必须引流到下水道内或地漏处,以免泄压阀超压时溢水损坏财物。

6、水箱安装在室外的,当地环境最低温度低于0℃时,管路除必须加装可靠的保温(30mm橡塑)外,还需加装电热带,防止管道冻结。

7、安装电辅助加热前,首先要检查电源容量及电源配线是否满足热水器功率(电加热功率为1500W)的要求,务必安装漏电保护插头,电辅助加热一定要可靠接地,严禁在无可靠接地情况下使用电辅助加热,严禁将地线接在零线上或自来水管道上。

8、水箱排污系统必须接管引至泄水地点或地漏位置。

9、其他注意事项参考产品使用说明书。

1、阳台式太阳能系统为双机热管超导换热系统,生活热水系统采用自来水自身压力给水系统;2、集热器安装时,按说明书规定的间距用钢尺定位两个三角架之间的准确距离及各固定孔之间的孔距(注意事项),然后在固定集热器的墙体上进行螺丝孔的钻打,把φ8的固定胀栓连同支架固定在打好的孔内。

注意事项:集热器有集热盒的一端最小比另一端高出20mm的高度,否则将对传热效果有严重影响,在有条件的情况下,可以在安装时将集热盒端的孔打的比另一端高出50mm。

3、阳台壁挂太阳能水箱为竖向水箱,确定安装水箱的位置,此位置需要是承重墙,要尽可能的缩短水箱与集热器之间的距离(集热器出口与水箱换热入口之间的间距必须小于2000mm)并保障水箱底部与集热器顶端有350mm以上的高度差,且安装管路坡度不能小于10%,不能有反向弯。

太阳能热水器倾角

太阳能热水器倾角

太阳能热水器倾角
基本原理:正午太阳高度具有季节变化,为了取得最好的吸热效果,热水器吸热面始终要与正午太阳光线保持垂直。

公式一:吸热面倾角+正午太阳高度角=90°
推导下面关系:
∵正午太阳高度角=90°-某地与直射点的纬度差
代入上面公式一得:
公式二:吸热面倾角=某地与直射点的纬度差
公式三:吸热面倾角的调整幅度就是正午太阳高度角的变化幅度。

①在回归线之外的地区,吸热面与地面夹角的最大调整幅度是46°52′。

②在回归线之间的地区,吸热面与地面夹角的最大调整幅度是当地纬度加上黄赤交角。

练习:杭州(30°N)一科技工作者对太阳能热水器设计如下图所示,并将支架改造成活动方式。

据此回答1~3题。

1.当该地昼长为一年中最短时,为使热水器有最好的吸热效果,热水器吸热面与地面的夹角
应调节为()
A.23°26′
B.53°26′
C.66°34′
D.36°
2.为了充分利用太阳能,尽可能使一年内正午太阳光线与吸热面保持垂直,吸热面与地面夹
角的调整幅度为()
A.23°26′
B.30°
C.46°52′
D.60°
3.当热水器的吸热面与地面夹角增到最大时()
A.南太平洋漂浮的冰山较多
B.黄土高原上流水的侵蚀作用最为强烈
C.松花江正值第一次汛期
D.澳大利亚农田中的小麦开始返青。

太阳能集热器最佳倾角确定及计算方法比较

太阳能集热器最佳倾角确定及计算方法比较

Abs t r a c t :Th e t y p i c a l a nn u a l me t e o r o l o g i c a l d a t a o f F u z h o u a r e a we r e a na l y s e d.F u z h o u i s r i c h i n s o l a r r a d i a t i o n wi t h a l a r g e n u mb e r o f s u ns h i n e ho u r s ,wh i c h s h o ws t h a t t h e s o l a r e n e r g y a n d a i r e n — e r g y r e s o u r c e s i n Fu z h o u a r e s u pe io r r .Co n s i d e in r g t he v a ia r t i o n o f s o l a r c o s i n e e f f e c t ,s o l a r r a d i a t i o n a mo u n t a nd h o t wa t e r l o a d,t h e b e s t i nc l i n a t i o n a n g l e o f c e r t a i n c o l l e c t o r wa s c a l c u l a t e d by t h r e e d i f - f e r e n t me t h o d s .Th e i n c l i n a t i o n a c c u r a c y a n d t h e c o r r e s p o nd i ng a u x i l i a r y h e a t i n g q u a n t i t y we r e C O B— p a r e d t o ma x i mi z e t he s y s t e m s o l a r e ne r g y u t i l i z a t i o n t o p r o v i d e r e l i a b l e t he o r e t i c a l s u p po t r f o r p r a c t i — c a l a pp l i c a t i o n o f s o l a r h e a t p ump s y s t e m.

阳台壁挂式太阳能热水器安装的设计要点

阳台壁挂式太阳能热水器安装的设计要点

阳台壁挂式太阳能热水器安装的设计要点太阳能热水器是利用太阳能将太阳辐射能转化为热能,用于加热和供应家庭热水的设备。

阳台壁挂式太阳能热水器的安装设计要点如下:1.安全性设计:太阳能热水器的安装位置应选择阳台危险物品较少、通风良好、光照充足的地方。

安装时要考虑阳台的承重能力,确保安装牢固稳定,避免因装置不牢固而造成事故。

2.面积选择:根据家庭实际用水量,确定太阳能集热器的面积。

一般来说,每人每天的热水用量为40-50升,太阳能集热器的面积应根据这个标准计算。

同时要考虑阳台可容纳的面积情况,确保太阳能集热器的面积能满足家庭的需求。

3.安装角度和方向:太阳能集热器的安装角度和方向对于能量的利用效率有着很大的影响,一般太阳能集热器的安装角度应与当地纬度大致相等,以获得最大的日照面积。

安装时要避免太阳能集热器相互阻挡,确保每个集热器都能接受到足够的日照。

4.水管设计:太阳能热水器的安装中,水管的设计要合理。

入口水管和出口水管应分别位于集热器的上部和下部,以便实现自然循环。

同时要避免水管过长、过多的弯曲,以免影响水的流通和循环。

5.绝缘防护:太阳能热水器的管道和设备上需要进行导热、防腐蚀、保温等绝缘防护处理,以确保热水在运输过程中的热量损失较小。

6.排水和泄压设计:太阳能热水器的安装位置应考虑到排水的便利性,同时要设置泄压装置,以防止太阳能热水器在使用过程中发生压力过高的情况。

7.系统配套设计:太阳能热水器的安装设计还需要考虑到系统的配套问题。

包括热水储存设备、循环泵、控制系统等。

安装时要确保系统的各个部分之间的连接和配套能正常运行。

8.定期维护:太阳能热水器安装后需要定期维护,保持其正常运行和延长使用寿命。

维护工作包括清洗集热器、检查管道、泵等设备的运行情况,及时更换损坏的部件等。

综上所述,阳台壁挂式太阳能热水器的安装设计要点包括安全性设计、面积选择、安装角度和方向、水管设计、绝缘防护、排水和泄压设计、系统配套设计以及定期维护等。

太阳能集热器安装在不同建筑部位设计时应注意的问题

太阳能集热器安装在不同建筑部位设计时应注意的问题
建绵 D n in a e gJa min
( 华北 水利 水 电学院环 境 与市政 工程 学院 , 州 4 0 1 ) 郑 5 0 1 ( o hC iaUnv ri f trR sucsa dEe tcP w rSh o fE vrn n n ncplE gn eigZ e gh u4 0 1 , hn ) N a hn iesyo e eo re n lcr o e co l n i me t d Mu iia niern , h n zo 5 0 1 C ia t Wa i o o a
关键 词 : 阳能集 热器 ; 太 平屋 面 ; 屋 面; 坡 外墙 面 ; 台栏 板 ; 阳 女儿墙
Ke o d : o r n r o et ;a ro; o g ofo t d a ;a oyr l g p rp t a yw r s sl e cl c rf t ofN  ̄n o;u ie l b l n in ;aa e w l ae g y l o l r s w l c ai l 中图分类号 :K l T 5 文献标识码 : A 文章编号:0 6 4 1 (0 0)5 0 3 一 10 ~ 3 12 1 2 — 18 叭
Absr c :W ih te p n tain o oa n ry ga u li r a ig h e in i fee tb id n ieo o a n r y c le trs o l lo b oe . ta t t h e erto fs lre eg r d a nce sn ,te d sg n di r n u li gst fslre eg olco h ud as en td Ba e n te slrc le t ri sald o h ltro ,so ig ro ,o tie wal bac n al g a a e lIa te lc s hsp p rito u e oa s d o h oa olco n tle n t efa o f lpn o f u sd l, lo y rii ,p r p twa nd oh rpa e,t i a e nr d c ss lr n p o lmss o l e p i te to oi h n tlain d sg fs l n ry c le tri ifrntb idn i s r be h ud b ad atn in t n te isalt e in o oa e e g olco n dfe e ul ig st . o r e

太阳能热水器的倾角最优设计说明

太阳能热水器的倾角最优设计说明

班级:测绘工程姓名:杨旭学号:121611010015太阳能热水器的倾角最优设计太阳能作为一种清洁、免费的能源而广受人们的青睐,发展前景令人乐观,太阳能热水器更是进入了千家万户。

然而由于消费者所在地方纬度和四季气候特点的不同,经常会出现夏天热水用不完,冬天热水又不够用的实际问题,为了解决这个问题,本文引入最优设计理论,讨论南京地区太阳能热水器的倾角α、方向角β与热效率之间的关系,找出一年中春分、秋分、夏至、冬至这四天中倾角α、方向角β的最优值,并计算得出最佳角度设计。

(1)倾角、方向角与热效率的关系热水器的受热面与太阳光线入射的方向垂直时,热水器与水平面的夹角是此时热水器的最优受热倾角。

由于太阳东升西落,各地区地理纬度的差异和四季的交替都会改变太阳光的入射角度,使得热水器的最优受热倾角处在不断的变化过程中,这就决定了地球上的不同经纬度的地方在同一时刻的热水器的最优受热倾角是不同的。

由于人们现在还不可能做到时刻调整热水器的受热倾角,所以只取中午太阳直射大地时刻的热水器的最优倾角作为该地该天的热水器的最优倾角,即忽略了不同经度对热水器的最优倾角的影响。

如下图1,设某地的纬度θ,i天太阳的直射点的纬度为δ,该地方i天的正午太阳高度角(即太阳与用户所在地的连线和水平面的夹角)为H:H=90°-|θ-δ|则该地i天的热水器受热面与水平角夹角α=90°-H=|θ-δ|;其中当地纬度与太阳直射点的纬度在同一半球时δ取正值,在异半球时δ取负值。

图1 :热水器倾角设计图查资料的的纬度位于北纬39°10,有此可知南京地区在春分、秋分、夏至、冬至这四天中α的最优值分别是:春分:α=39°10′- 0° =39°10′夏至:α=39°10′- 23°26′=12°44′秋分:α=39°10′- 0° =39°10′冬至:α=39°10′+ 23°26′=62°36′(2)倾角最优设计消费者经常会出现这样的问题:夏天热水用不完,冬天热水不够用。

不同安装角度下平板集热器阳台壁挂式太阳能热水系统性能分析

不同安装角度下平板集热器阳台壁挂式太阳能热水系统性能分析
2.1 平板太阳能集热器介绍 平板太阳能集热器是指吸热体结构基本为平板形状 的太阳能集热器。它具有结构简单,维护方便,集热效率
6
2019 年 06 月
S olar heater 太阳能热水工程
高,使用寿命长,可利用直射和散射太阳光等优点。它可 用于产生 40 ~ 80℃中等温度的热水,也可用于空气加热。
透明盖板 (钢化玻璃)
吸热带 (高选择性涂层)
少,会导致太阳能热水系统产生得热量不足,造成水箱温 度不高等问题。
针对这两种不同安装方式下,对太阳能热水系统热性 能造成的不同程度影响如何,我们将进行实际测试和理论 分析研究。
研究前,我们将先建立 2 个实验测试模型,即为:系 统 1 和系统 2。系统 1 和系统 2 所采用的系统模式、集热 器类型、集热面积、储热水箱结构、容量,安装管道材质、 长度、测试条件环境等情况完全相同。不同之处在于:系 统 1 和系统 2 都采用的平板型太阳能安装的倾斜角度不同。 系统 1 为集热器与建筑南立面墙呈 28°夹角。系统 2 为 集热器与建筑南立面墙呈 0°夹角。如图5、图6所示。
1. 研究背景
阳台壁挂太阳能系统作为高层住宅的一种清洁能源 解决方案得到了普及,现有的阳台壁挂式太阳能热水系统 在安装时为保证系统的效率要求集热器必须与建筑立面有 15~30°的倾角,而集热器在建筑立面上倾斜安装,会影 响到整个建筑的外观,并且会对下层住户的采光造成一定 影响,降低住宅使用舒适性。现在高端楼盘对建筑立面的 效果要求越来越高,亟需解决壁挂太阳能与建筑完美结合 问题。而集热器垂直安装、嵌入建筑的南立面是一种有效 的解决方案。我们对垂直安装与倾斜安装的太阳能热水系 统热效率、日有用的热量、水箱温升等进行了研究。
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阳台(南墙)式太阳能集热器的倾角设计与选定
高元运李振锋石雄雁
(广东五星太阳能股份有限公司东莞523051)
摘要:通过对阳台(南墙)式太阳能集热器的朝向赤道的采光分析,提出其倾角设计的三原则并给出不同纬度带下其倾角的推荐数值与建议。

关键词: 阳台(南墙)太阳能集热器倾角
1 引言
在太阳能城市化进程中,其在高层建筑南立面的结合与应用具有独特的优势,因为高层建筑南墙上有丰富的太阳能资源,甘肃自然能源研究所曾为此提出过《南墙计划》的概念,阳台(南墙)式平板太阳能热水器也因此而得到篷勃发展,受到普遍欢迎,成为政府部门在房屋建筑中强制推行太阳能热利用的重要内容。

但太阳能企业在生产和安装应用中,常常会因对太阳能的日地运动不甚了解而出现一些十分低级的错误。

一个突出的问题就是对阳台(南墙)式太阳能集热器(以下简称阳台集热器)的倾角处理不当。

如在南京,合肥这样纬度(Φ)较低的地方采用了将集热器在阳台上垂直安装的方案,岂不知当夏至日前后,太阳高度角很大(夏至日αs =81.5°),试想还有多少太阳能照在集热器上,造成太阳能热水器效果极差,这种问题在知名的太阳能和家电企业都有发生,而且为数不少。

也有太阳能企业闹出在广东珠海和海南岛五指山装常规阳台热水器的笑话。

凡此种种说明阳台集热器的倾角对生产制造和设计应用部门都是一个值的重视的问题。

本文对阳台集热器的太阳能采光基于朝向赤道的情况进行分析,在找出其规律后提出确定阳台集热器倾角的三原则,并按每隔4°为一个纬度带,作了针对性的分析,从而给出不同纬度带的阳台集热器倾角的推荐值和建议。

一个优秀的阳台热水器还涉及总体系统方案,关键器件的热工和结构设计,加工制造工艺等方面,但由于其自身的特点,倾角成为她首当其冲的问题。

2 确定阳台集热器倾角的原则
2.1 对常规太阳热水器使用经验的借鉴
1)加大倾角,照顾冬季。

传统教科书总是推荐太阳集热器的倾角S为
夏季用:S=Φ-(5°-10°)
冬季用:S=Φ+(5°-10°)
全年用:S=Φ
然而我们实际使用经验总是夏天热水用不完,冬季不够用;其热性能计算也说明倾角
S=Φ+5°时夏季有用得热和产水量比冬季要高70—80%,当倾角S=Φ+8°时,夏季比冬季的前述值是20—30%,当倾角S=Φ+23°时,其值为10%,全年比较均衡。

阳台集热器由于应用部位的原因,不得不使用较大的倾角,这真是适逢其是。

2)集热器阵列前后不遮挡
对于阳台集热器当然也要上下不遮挡的。

1.2 阳台集热器的倾角设计三原则
1)照顾冬季
这就要加大倾角,使冬至太阳高度角最低时太阳光能直射在集热器表面。

即需倾角为
S=Φ+23.5°,在此基础上再予调正。

2)上下不遮挡
3)南立面美观
这是阳台集热器特有的问题,幸好集热器倾角有调正空间可以满足这一要求。

2 阳台集热器的采光分析
图1是一个阳台集热器的采光分析图,
其中H是层高,B是集热器宽度,Ld是集热器前端伸出长度,Lt是调正后的集热器前端伸出长度。

Sy是按S=Φ+23.5°所确定的照顾冬季的倾角,这反映在图1a)中,这时我们看到冬至日阳光垂直入设到集热器采光面上,但夏至日投射的太阳射线却被集热器前端所遮挡而到不了下层集热器的采光面上。

为此,我们需要牺牲冬至垂直入射的优点而将上下集热器倾角再予加大,使集热器伸出端由A点缩至B点,Ld变为Lt,从而使夏至日的阳光可以照设到下层集热器,这如图1b)夏至无遮角图所示,此时倾角由Sy变为St.。

这个角度可按集热器宽度B为半径经两次的迭代作图求得。

3 不同纬度带倾角的图解
我们将中国可使用阳台集热器的地区分为6个纬度带:
1)φ28:与长沙、遵义所处纬度带相近的地区;
2)φ32:与合肥、南京所处纬度带相近的地区;
3)φ36:与青岛、兰州所处纬度带相近的地区;4)φ40:与北京、敦煌所处纬度带相近的地区;
5)φ44:与乌鲁木齐、长春所处纬度带相近的地区;
6)φ48:与阿勒泰、黑河所处纬度带相近的地区。

下面是这些图解,按上述采光分析方法,不难看清这些图解过程,据此,可对任何纬度的倾角作出相应的结果。

北纬28°,几乎是阳台集热器应用的最低纬度了,从图解中可见,为了避免
上下遮挡,集热器的宽度选为700mm,且倾角由优化的52°调正为76°,图中的前端由伸出431mm缩小到
167mm,基本可以,但再宽的集热器就
不合适了。

由图3可见,在给出优化角56°后,看出三种宽度上下都是有遮挡的,需分别调正到67°、71°、和74°,将集热器前端伸出减小,这样对建筑美观也有好处,这些角度从现有的配水量(52kg/㎡)来看,不论实践和计算也都是可行的。

由图4可见,纬度36°可认为是一个转折点,在此所选优化角所产生的一点上下遮挡,已可不予理会,如从建筑美观考虑,将倾角加大到75°也是可以的。

由图5可见,到了较高纬度的40°,再选定优化角后,上下已无遮挡
了,如出于建筑考虑,其倾角也还有可
加大到垂直的可能。

由图6可见,纬度更大,在优化角下,就更不会上下遮挡,建筑师会有更大的空间。

由图,7可见,阳台集热器在纬度越高的地带越有优势,到了高纬度,其自由空间就更大了。

4 阳台集热器倾角值的推荐
根据以上图解结果将阳台集热器倾角值汇总整理为下表。

注:1)斜梯粗字为优化倾角,更大倾角是热性能尚可接收的角度;
2)75°倾角(有下划线)可认为是一个广适角度。

5 结论
1) 优化角是当地纬度加23.5°,是日阳光垂直照射集热器采光面;
2)阳台集热器在高纬度地带具有优势,其低纬度只能用到28°;
3)阳台集热器倾角的确定要兼顾照顾冬
季、上下不遮挡和南立面美观的三原则;
4)阳台集热器在纬度接近40°及其以上才可考虑垂直安装;
5)低纬度28°,只能使用较窄的集热器(700mm),倾角为75°;
6)75°可认为是一个广适倾角。

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