太阳能集热器面积计算表
太阳能集热器面积计算
太阳能集热器面积计算2009-11-30 21:13:10| 分类：工作| 标签：|字号大中小订阅关键词：民用建筑太阳能热水系统太阳能集热器一体化设计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J10807-2006），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。
太阳能集热器面积计算
序号生活热水用水量标准（L/人.d)人数qrd(L/d)C(Kj/kg.℃)pr(kg/L)te(℃)4044.817924.1870.98319160序号U(W/M2.℃)K(W/M2.℃)F(M2)Ain（m2)A(m2)520001.04338624.4994735624序号Kt Sy（h/d)Qz(W)§Cr 1.87.5512702.090.71.15说明：qrd --设计日热水用水量；C --水的比热，4.187；pr --热水密度；te --储水箱内水的设计温度，按60℃计算 地下水10℃~15℃;f -太阳能保证率，05~0.6；Jt --倾角等于纬度时，倾斜表面平均日太阳总辐射量；n --集 数据为准；nl --管路及储水箱热损失率，一般取0.2~0.3。
间接系统集热器总采光面积Ain（m2）说明：U--集热器总热损失系数，平板4~6W/(M2.℃);真空管 1~2W/(M2.℃)K--换热器传热系数，厂家提供； F--换热器面积；集热器系统换热量Qz（W)说明：Kt--太阳辐照度时变系数，一般取1.5~1.8，取高限对太阳能利用有利。
Sy--年平均日日照小时数，查表：主要城市气象参数。
说明：§--结垢系数，0.6~0.8，Cr--集热系统的热损失系数，1.1~1.2；△tj--计算温差，宜取5~10℃，集热性能好，温差取高值，否则取低值.北京直接式太阳能热水系统集热器说明：A--太（L/m2.d),具体数值应依 40~100L/m2.d，间接系集热系统（L)水加热器（板式换热器）换热tl(℃)f Jt(MJ/m2.d)n nl Ac(m2)80.517.2170.60.223.208843B1(L/m2.d)V集(L）501200△tj F(M2)R Ab(m2直接)Ab(m2间接)101.04338610.9823.6824929224.99946282说明：R--太阳能集热面积补偿面积比，查附录2可得；Ab--补偿后的集热器面积（m2）。
单位集热器采光面积日产热水设计量计算方法
单位集热器采光面积日产热水设计量计算方法
1单位集热器采光面积日产热水设计量，按下式计算：
（式1）
式中：q v —单位集热器采光面积日产热水设计量[L/（m2·d）]
J T, max—南向40°倾角集热器采光面上最大日太阳辐照量[kJ/（m2·d），按表1 取值]。
ηc, max —太阳能集热系统月最大日集热效率。
ηL—太阳能集热系统热损失率（%）。
ρr—水密度（kg/L，取1.0kg/L）。
C p—水定压比热[kJ/(kg·℃)，取4.187kJ/(kg·℃)]。
t r─ 热水设计温度（℃）。
t l─ 冷水计算温度（℃）
表A.0.1 北京地区南向40°倾斜面逐月最大日太阳辐照量月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年均
逐月集热器采
光面(南向40°
19.970 23.805 26.361 26.899 27.079 23.84 23.718 24.543 26.31 25.873 20.463 17.612 23.87 倾角)最大日太
阳辐照量×103
[kJ/(㎡▪ d)]
注：“逐月集热器采光面(南向40°倾角)最大日太阳辐照量”数据，为在气象台
公布1996年~2000年间日太阳辐照量最大值基础上做5%折减处理后数值。
集热器面积及系统换热量计算表
实际有效采光面积 JT(春分或秋分月均辐照量) ncd(集热器全日集热效率) nL(管路热损失) Qw(日均用水量) Cw(水的定压比热容) 密度 tend(水的终止温度) Ti(水的初始温度) f(太阳能保证率)
数值
12497 82.0%
0.15 15740
4.18 0.9832
60 5
0.0%
间接系统以此估算 间接系统以此计算 平板型集热器（4~6），真பைடு நூலகம்管集热器（1~2）
请根据实际情况填写下列表格 15740 L/d 4.18 KJ/kg·℃ 0.9832 kg/L 60 ℃ 5℃ 12497 KJ/m2 50% 82.0% 0.15
Ac Ain估算 Ain细算 Fr·UL（集热器总热损系数） F（换热器面积）
204.2 m2 214.4 m2 210.3 m2
5 W/m2·℃ 43 m2
1.15 0.7 7℃
146452 W 1.6 50%
15740 L 60 ℃ 5℃
4.187 kj/kg·℃ 5.5 h
备注：
算表
根据集热器的数量反算保证率
推荐取值范围
根据地区冷水温度填写 根据地区年平均辐照度填写 30%~80% AURON：82% YOURON:74% FLATRON 80% 0.1~0.2
K（传热系数）
800 W/m2·℃
Cr（集热系统热损系数） ε（由于水垢和热媒分布不均均匀影响热效率的系数） △tj（热媒与被加热水的计算温差） Qz（集热系统换热量） kt（太阳辐照度时变化系数） f（太阳能保证率） qrd（日用水量） te（热水出水温度） tL（冷水温度） Cw(水的定压比热容) Sy（年平均日日照时数）
集热器面积及系统换热量计算表
太阳能集热工程一般计算方法
太阳能集热工程一般计算方法一、真空管数量的计真空管集热器（ø47）10根可作为1平方米的集热面积，在一般光照下每天可产生45℃--65℃的热水90千克。
如果每天要用热水X吨，太阳能集热器真空管的根数为Y，那么Y=（1000X÷90）×10。
例如需要8吨热水，那么Y=（1000×8÷90）×10=888（根）二、辅助电加热功率的计算：①当阴雨天无光照时，需要热水，可通过电辅助加热的办法，其功率大小的运算如下：一般情况下按每吨水5千瓦计算。
例如8吨水需8×5=40千瓦。
尽量采用三相电供电.大于10KW的电加热器若采用单相电,极易使供电线路偏相而跳闸断电.②电加热导线的直径的计算方法( 铜线)：一般每平方3安培。
例如42千瓦（三相电）需要16平方的导线。
公式：S（平方数）=P（功率）÷3（三相电）÷220（相电压）÷3（每安培平方数）。
铝线及导线过长应适当增加直径。
③防漏电的措施：a、电加热的水箱必须可靠接地，即使潮湿的地面，地线角铁必须打入2米以下。
干燥的地面得4米以下，接触潮湿土壤为准。
有的人想用避雷线代替地线，这是绝对不允许的，其做法是，导致引雷，且不能防漏电。
但可以用大楼的主地线代替（可以从大楼的配电柜中找）。
b、全自动控制柜里面应安装国家3C认证的名牌漏电断路器。
c、另外，采用加长纯塑料热水出水管道（8米以上PPR或PEX等管），也是提高安全系数的办法。
3、循环泵、电磁阀的选购方法：①循环泵应在估算每天循环次数和水箱总量的基础上计算出流量，根据流量计算和扬程去选循环泵。
一般功率200E—3000W之间。
或询问循环泵供应商，大于1KW应采用三相供电。
②电磁阀：一般应采用220V交流电压，20W-60W瓦的功率，这样可防止电压波动带来的危害，直径可取ø20—32mm。
电磁阀一般无漏电之虑。
太阳能热水系统的计算
三、系统设计小时耗热量 全日供应热水的住宅、别墅、招待所、培训中心、旅馆、宾馆的
客服（不含员工）、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所（有住宿） 等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：
Qh KhmrC q8(t6 r 4tl0 )0 r
Q h 设计小时耗热量（W）；
m用水计算单位数（人数或）床位数；
太阳能保证率f：海口45%，三亚55%； （2）热水设计参数 日平均热水用水量：按不高于《建筑给排水设计规范》中用水定 额的下限取值。住宅50L/人日，酒店、宾馆100L/日床； 设计冷水计算温度t1：海口地表水15℃（地下水17℃），三亚 20℃（地下水22℃）；中间市县按纬度内插。 设计热水温度tr：60℃。 3、直接加热供水系统的太阳能集热器面积计算公式及参数：
当以居住建筑为主的高层综合楼、商住楼等层数超过12层而住宅部 分在12层以下（含12层）时，仍应按照本款配建太阳能热水系统。
第二款：当“高层公共建筑”屋顶有效太阳能集热面积所产热水 量小于全楼设计热水量的1/3时，可不设太阳能热水系统。为避免故 意减小建筑屋顶有效太阳能集热面积和太阳能热水量，规定屋顶有 效太阳能集热面积应大于等于屋顶总面积的50%，海口、三亚地区 的每平米太阳能集热面积60℃热水产量分别为62.5L和73.5L，其余 地区按照当地纬度内插求解。当高层宾馆裙房屋顶适合布置太阳能 集热板且有一定面积时，建议在裙房屋面设置太阳能热水系统作为 裙房热水供应或其他热水系统的预热装置。
q r 热水用水定额（L/人d或L/床d）住宅50L/人d，宾馆100L/人d；
C水的比热，C=4187J/㎏℃； t r 热水温度（60℃）；
t l 冷水温度（15℃~20℃）； A
7
太阳能计算表`
24小时供热水系统人均用水定额用水人数设计日热水量冷水温度所需热水温度△t水的比热容c 日耗热量小时变化系数设计小时耗热量设计热水温度设计冷水温度设计小时热水量热水密度日耗热量设计小时耗热量1501001500074538 4.1927.64 3.9####605 1.71定时供热水系统卫生器具卫生器具用水定额卫生器具数量卫生器具同时使用百分数卫生器具热水量设计小时热水量冷水温度所需热水温度△t水的比热用热水密设计小时热量日耗热量L/h 个b l/h l/h ℃℃℃Kj/(kg·℃)kg/L W淋浴器150500.75250盥洗盆30600.71260其它180500.76300注：表三中qb—卫生器具小时用水定额按照≤建筑给排水设计规范≥中规定选取数值b—卫生器具的同时使用百分比，住宅，旅馆，医院，疗养院病房的卫生间内淋浴器按70%～100%计，其它器具不计，工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院。
太阳能热水工程自动计算表1281074033体育场等公共浴室的淋浴器均按100%计。
4.191126.1566026492全日供热水系统的日耗热量、热水量和设计小时耗热量、设计小时热水（住宅，别墅，招待所，培训中心，旅馆，宾馆，医院住院部，养老院，幼儿园等建筑的集中热水供应系统）定时供热水系统的设计小时耗热量、设计小时热水量（住宅、别墅、招待所、培训中心、旅馆、宾馆、医院住院部、养老院、幼儿园等建筑的集中热水系统）热水24小时直接式太阳能集热面积最高人均日用水量qr 用水人数m 最高日用水量qrd平均日用水量Qw 冷水温度t1所需热水温度tend△t水的比热容c 热水密度ρ太阳能保证率f 年平均日太阳辐照量JT集热器集热效率ηCd 热损失率ηL热效率集热器集热总面积Ac ㎡L/(b·d)人L/d L/d ℃℃℃KJ/(kg ·℃)kg/LKJ/㎡㎡67.02150100150007500745384.1910.4###0.750.20.867热水24小时直接式太阳能集热面积24小时耗热量冷水温度t1所需热水温度tend△t水的比热容c 热水密度ρ太阳能保证率f 年平均日太阳辐照量JT 集热器集热效率ηCd 热损失率ηL 热效率㎡W ℃℃℃KJ/(kg·℃)kg/L KJ/㎡134.0527.64745384.1910.4118780.750.20.8注：年平均日太阳辐照量J T —按照附表1选取：集热器热效率ηcd—按照附表2选取定时供热水系统(热量)热水24小时直接式系统太阳能集热面积总面积的确定（热量）热水24小时直接式系统太阳能集热面积总面积的确定（水量）热水定时供应直接式太阳能集热面积定时供应日耗热量冷水温度t1所需热水温度t end△t水的比热容c热水密度ρ太阳能保证率f年平均日太阳辐照量J T集热器集热效率ηCd热损失率ηL热效率开启时间㎡W℃℃℃KJ/(kg·℃)kg/L KJ/㎡H101.96126.167.0045.0038.00 4.1910.4118780.750.20.86单位建筑面积建筑物耗热量单位建筑面积通过围护结构的转热量单位建筑面积空气渗透耗热量单位建筑面积建筑物内部得热室内空气计算温度室外采暖平均温度围护结构的传热系数围护结构的传热系数修正系数维护结构的面积建筑有效使用系数建筑面积空气比热容空气密度换气次数室内空气流动速度窗墙比换气体积W/㎥W/㎥W/㎥W/㎥℃℃㎥㎥W·h/(kg/㎥次/hm/s㎥10.90 5.728.98 3.816-100.15 1.150000.7537501 1.2950.20.2200直接式太阳能采暖系统集热器总面积日均采暖负荷安装倾面上的平均日太阳能辐照量日均所需热水日耗热量小时变化系数设计小时耗热量㎡W J/㎡㎡543.04111.9811878#######12.63 3.949.25采暖供应系统（热量）附表一、部分地区J T 值上海北京南京杭州济南昆明成都西安兰州年平均日太阳辐照量J T12300141801215611117131671463394021187818900纬度31°10′39°56′32°00′30°14′36°41′25°01′30°40′34°18′36°03′附表二、不同地区太阳能保证率选址值范围资源划分年太阳辐照量太阳能保证率资源区划年太阳辐照量太阳能保证率I资源丰富区≥6700≥60%III资源丰富区4200～540040%～50%II资源丰富区5400～670050%～60%Ⅳ资源丰富区＜4200≤40%太阳能资源等级集热面积/㎡/100L资源丰富区I1.2资源较富区II 1.4资源丰富区III 1.6～1.8东南丘陵区、汉水流域以及四川、贵州、广西西部等地区间接系统地区西藏大部分、新疆南部及青海、甘肃和内蒙古西部新疆北部、东北地区及内蒙古东部、华北及江苏北部、黄土高原、青海和甘肃东部、四川西部至横断山区以及福建、广东沿海一带和海南岛资源丰富区Ⅳ2表二、间接系统太阳能集热面积总面积的确定间接式系统太阳能集热面积直接式集热器集热总面积A C 集热器总热损系数FgU L 换热器传热系数Uhx 换热器换热面积Ahx间接式集热器集热总面积A IN 集热器总面积A IN ㎡W/（㎡·℃）W/（㎡·℃）㎡㎡621.8126269543.04 1.538414.62621.81附表3、换热器换热面r 太阳能系统提供的热量Q z 按附表计算确定：结垢影响系数ε—取0.6~0.8：换热器传热系数U hx 按照《建筑给排水设计手册》相关内容或所用设备样本提供相关参数选取：Δt 3根据集热器性能决定，取5~10℃：附表4、太阳能即热系统提供的热量Q z换热器换热面积A hx —按照附表3计算得出。
换热面积表
太阳能热水系统换热器面积计算一、换热器换热面积F 的计算：jr t Δε×××=K Q C F Z式中：F ——换热面积（㎡）；Z Q ——集热系统换热量（W ）； K ——传热系数，根据换热器厂家技术参数确定 ε——结垢影响系数，0.6~0.8，r C ——集热系统热损失系数，1.1~1.2，j t ∆——计算温度差，宜取5~10℃，集热性能好，温差取高值，否则取低值。
假设，集热系统换热量为50757.14 W ，传热系数为5000，结垢影响系数取0.7，集热系统热损失系数取 1.2，计算温度差取8℃，经计算换热面积 2.175㎡。
集热系统换热量Z Q 的计算YL Z S C Q ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=36001000t -t ρq f k e r rd t ）（式中：Z Q ——集热系统换热量（W ）；t k ——太阳辐照度时变系数，一般取1.5~1.8，取高限对太阳能利用率有利；f ——太阳能保证率，按照太阳能实际保证率计算； rd q ——日均用水量，kg ；C ——工质的定压比热容，4.18KJ/（㎏·℃）； r ρ——工质密度1（kg/L ）； e t ——贮水箱内水的设计温度，℃；L t —— 水的初始温度，℃；Y S ——年平均日日照小时数，h 。
假设，太阳辐照度时变系数取 1.7，太阳能保证率取60％，日均用水量为10吨，工质的定压比热容为4.18KJ/（㎏·℃），工质（水）密度为1（kg/L ），贮水箱内水的设计温度为45℃，水的初始温度为15℃，年平均日日照小时数为7h/d 的条件下，经计算集热系统换热量Z Q =50757.14 W 。
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表一、直接式系统太阳能集热
照附表2选取。
附表2、不同地区太阳能保证率
表二、间接式系统太阳能集热
面积总面积的确定
太阳能热水工程自动计算表
太阳能集热系统设计
ρρρ
注：直接式集热器集热总面积Ac—由表一计算得出；
集热器总热损系数 FRUL—平板集热器取4～6，真空管集热器取1～2；
换热器传热系数 U hx —按照《建筑给排水设计手册》相关内容或所用设备样本提供相关参数选取；
换热器换热面积 A hx —按照附表3计算得出。
附表3、换热器换热面积 A hx 的
—取1.1～1.2； 太阳能系统提供的热量 Q z —按附表4计算确定；
结垢影响系数 ε—取0.6～0.8；
换热器传热系数 U hx —按照《建筑给排水设计手册》相关内容或所用设备样本提供相关参数选取；
△t j —根据集热器性能决
定，取5～10℃。
附表4、太阳能集热系统提供的y
W
相关计算得出；
太阳辐照度时变系数 k—取1.5～1.8；
年或月平均单日日照时间S y 。