太阳能热水系统设计范例

11、术语和定义太阳sun太阳系的中心天体。可视其为K的全辐射体。它是地球上光和热的源泉。太阳能solarenergy从太阳发射、传播或接收的辐射能。高度角altitude从地平圈沿某天体所在地平经圈量至该天体的角距离。以地平圈为零，向上为正，向下为负。单位为度（°）。太阳高度角solaraltitude日面中心的高度角，即从观测点地平线沿太阳所在地平线圈量至日面中心的角距离。方位角azimuth从天球子午圈沿地平圈量至某天体所在地平线圈的角距离。以南点为零点，向西为正，向东为负。单位为度（°）。太阳方位角（ψ）solarazimuth日面中心的方位角，即从观测点天球子午圈沿地平圈量至太阳所在地平经圈的角距离。赤纬declination赤道坐标系中，天赤道与某天体沿所在时圈量度的角距离。以天赤道为零，向北为正，向南为负。单位为度（°）。太阳赤纬（δ）solardeclination日面中心的赤纬，即从天赤道沿太阳所在时圈量至日面中心的角距离。春（秋）分时为°，一年之内在±90°′之间变化。时角hourangle从天球子午圈沿天赤道量至某天体所在时圈的角距离。以天球子午圈为零，向西为正向东为负。单位既可为时（h），也可为度（°）。太阳时角（ω）solarhourangle日面中心的时角，即从观测点天球子午圈沿天赤道量至太阳所在时圈的角距离。真太阳日apparentsolarday日面中心连续两次上中天所经历的时间。真太阳时apparentsolartime由日面中心的时角量度的计时系统。平太阳连续两次下中天所经历的时间。辐射radiation能量以电磁波或粒子形式的发射或传播。辐〔射〕能（Q）radiantenergy以辐射形式发射、传播或接收的能量。单位为焦〔耳〕（J）。光谱辐照度（Eλ）spectralirradiance在无穷小波长范围内的辐照度除以该波长范围。单位为瓦〔特〕每立方米（W/m）。辐照量（H）irradiation辐照度对时间的积分。单位为焦〔耳〕每平方米（J/m）。太阳辐射solarradiation太阳能以电磁波或粒子形式的发射或传播。其能量主要集中在短波辐射范围内。地外日射extraterrestrialsolarradiation地球大气层外的太阳辐射。太阳常数（Esc）solarconstant地球位于日地平均距离处，在大气层外垂直于太阳辐射束平面上形成的太阳辐照度。2总日射globalsolarradiation水平面从上方接收到的半球向日射。总〔日射〕辐照度（Eg）globalsolarirradiance总日射在水平面上形成的辐照度。地球辐射terrestrialradiation地球（包括大气）发射的电磁辐射。其能量主要集中在长波辐射范围内。大气辐射atmosphericradiation大气分子及微粒发射的电磁辐射。其能量主要集中在长波辐射范围内。大气〔辐射〕辐照度atmosphericirradiance给定平面上由πSr立体角内的大气辐射形成的辐照度。全辐射totalradiation全部波长的辐射，即太阳辐射与地球辐射。日照sunshine可使地物投射出清晰阴影的直接日射。日照时数sunshineduration地表给定地区每天实际接收日照的时间。以日照记录仪记录的结果累计计算。单位为小时（h）。可照时数durationofpossiblesunshine（1）地表给定地区每天可能接收日照的时间。以日出至日没的全部时间计算。它完全由该地区的纬度和日期决定。单位为小时（h）。（2）地表给定地区每天实际可能接收日照的时间。以日出后至日没前直射辐照度达到或超过日照百分率percentageofsunshine日照时数占可照时数的百分比。太阳热水系统solarwaterheatingsystem；solarhotwatersystem将太阳能转换为热能并在必要时与辅助热源配合使用以加热水所需的子系统与部件的组合。液体〔型〕集热器liquidtypecollector以水或其他液体作为传热工质的太阳集热器。空气〔型〕集热器airtypecollector以空气作为传热工质的太阳集热器。平板〔型太阳〕集热器flatplate（solar）collector吸热体基本为平板形状的非聚光型集热器。真空管集热器evacuatedtubecollector管壁与吸热体之间抽成一定真空度的透明管（常为玻璃管）制成的非聚光型集热器。其吸热体具有选择性表面。聚光〔型〕集热器concentratingcollector利用反射器、透镜或其他光学器件使入射在采光口上的太阳辐射改向并集中射在吸热体上的太阳集热器。其吸热体面积小于采光面积。温差控制器differentialtemperaturecontroller能监测微小温差并以此温差控制泵及其他电动装置的部件。换热器heatexchanger太阳加热系统中，使传热工质与其他不同温度的流体进行热量交换的部件。储热器thermalstoragedevice太阳加热系统中，装有储热介质的容器及其附件所组成的部件。该储热介质蓄存了太阳能。3储水箱storagetank太阳热水系统中，蓄存热水的容器及其附件所组成的部件。辅助热源auxiliarythermalsource太阳加热系统中，为了补充太阳能系统的热输出所用的非太阳能加热部件。其中常以电能或燃料化学能作为能源。非选择性表面non-selectivesurface在一定波长范围内，反射比、吸收比、透射比和发射率等光学性能与入射辐射波长无关的材料表面。选择性表面selectivesurface在一定波长范围内，反射比、吸收比、透射比和发射率等光学性能随入射辐射波长不同有显著变化的材料表面。采光面积（A）aperturearea集热器采光平面上接收太阳辐射的最大投影面积。单位为平方米（m）。集热器总面积（Ag）grosscollectorarea集热器采光平面上包括外壳边框在内接收太阳辐射的最大投影面积。单位为平方米（m）倾〔斜〕角tiltangle斜放物面与地平面之间所夹的锐角。单位为度（°）。工质进口温度（ti）fluidinlettemperature集热器进口处传热工质的温度。单位为绝对温度（K）。工质出口温度（t）fluidoutlettemperature集热器出口处传热工质的温度。单位为绝对温度（K）。工质平均温度（tm）meanfluidtemperature传热工质在集热器中的平均温度。单位为绝对温度（K）。环境空气ambientair部件或器件周围的室内或室外空气。环境〔空气〕温度（ta）ambient（air）temperature在部件或器件周围测得的环境空气的温度。单位为绝对温度（K）传热工质heattransferfluid（1）流经集热器并将吸收的热量从集热器输出的液体或气体；（2）在太阳能系统的子系统或部件之间传递热量的任何流体集热器效率collectorefficiency传热工质从太阳集热器中获得的能量与入射在集热器采光面积上的太阳辐射能量之比。〔集热器〕瞬时效率（η）instantaneous（collector）efficiency稳态或准稳态下，规定时段（常为～min）内，传热工质从太阳集热器获得的能量与同时入射在集热器采光面积上的太阳辐射能量之比。额定工作压力（Pm）nominalworkingpressure设计制造时所推荐的吸热体允许承受的传热工质工作压力。单位为帕（Pa）。太阳〔能〕加热系统solarheatingsystem将太阳能转换为热能并在必要时与辅助热源配合使用以提供加热所需的子系统与部件的组合。其中主要包括集热器子系统与输配子系统。自然循环系统naturalcyclesystem仅利用传热工质内部温度梯度产生的密度差所形成的自然对流进行循环的循环系统。强制循环系统forcedcirculationsystem4利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器与储热器（或换热器）进行循环的循环系统。卫生器具plumbingfixture，fixture供水并接受排出污废水或污物的容器或装置卫生器具当量fixtureunit以某一卫生器具流量给水流量或排水流量值为基数其它太阳能保证率solarfraction太阳能供热采暖系统中由太阳能部分供给的热量占系统总热负荷的百分率2、太阳能热水系统分类与选型2．1分类运行方式特性适用场合自然循环不用任何常规能源和附件，设备简单，运行可靠，成本低。水箱安装位置高于集热器。热效率的，循环管直径随系统采光面积增加而变动较大。水电供应不足的地区水箱位置高于集热器时采光面积较小（一般小于30m2）无人管理直流式水在集热器中受太阳辐射热效率比自然循环高20％随时可用热水，水箱安装位置不受限制需要较好的控制系统保证运行质量的可靠当天的热水尽可能用完，否则影响第二天的运行水电供应稳定地区适用随时提供热水集热器数量较多，管道较长，总压头损失较大水箱位置低于集热器春夏秋季使用强迫循环热效率(在冬季)较高，水箱位置。管道布置、集热器排列比较方便、不受地位限制采用过冬热水系统时，集热位置高于水箱，日照值较低时不适合工作供电稳定集热器数量较多，管道长，总压头损失较大集热器位置高，水压较低无法保证供水水箱低于集热器适用于过冬热水系统全年太阳能热水器按有无换热器可分为：直接系统和间接系统。直接系统在集热器中直接加热供水，间接系统时利用换热器间接加热供水。太阳能热水系统控制方式可分为：定温控制、温差控制、光电控制、定时。强制循环系统宜采用温差控制;直流式系统宜采用定温控制;直流式系统的温控器应有水满自锁功能;集热器用传感器应能承受集热器的最高空晒温度，精度为士2℃;贮水箱用传感器应能承受100℃，精度为士20℃[3]。2.2太阳集热器选型2．2.1、集热器类型目前国内使用的太阳集热器类型主要有平板型太阳集热器、真空管太阳集热器、热管真空管太阳集热器、U形管真空管太阳集热器[4]。种类适用情形平板型保温性能不如真空管太阳集热器，适合在春、夏、秋三季使用真空管在-25℃的低温条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，冬季利用太阳能的效率最高，但存在炸管泄漏问题热管可在-50℃条件下使用，但热管冷凝端（加热端）表面积仅是真空管的百分之一，易结水垢，换热效果不如真空管，且使用效果直接受到热管本身质量和寿命的影响，部分热管出现质量下降和衰减问题，不容易被5发现，且成本高U形管不存在炸管泄漏问题，但由于U形管怕冻，因此必须采用防冻液介质循环，成本相对也高。2.2.2集热器运行条件[5]运行条件集热器类型平板全玻璃真空热管式空U型管运行期最低温度0℃√√√√0℃√（除a）√√（除b）√运行方式自然循环√√√√直流√√√√强制循环√√√（除c）√a、采用防冻措施或直流排空系统可选b、若不采用防冻措施，应注意最低环境温度计阴天持续时间c、在采用高位卸压水箱的情况下可选2.3太阳能热水器系统蓄热方式选取系统形式蓄热方式贮热水箱地下水池土壤埋管卵石堆液体工质集热器短期蓄热系统√√××液体工质集热器季节蓄热系统×√√×空气集热器短期蓄热系统×××√√表示可选，×表示不可选。3、实际工况概述与要求该宾馆位于沈阳，共有250间客房，屋面为混凝土防水平屋面。原利用天然气热水锅炉提供热水，为了降低运行费用及环保，现设计用太阳能系统提供热水，辅助热源为现有锅炉。鉴于该太阳能热水系统用于宾馆客房洗浴的特点，方案设计应充分考虑以下问题：3.1系统应保证全天24小时供应热水，以方便使用和管理；并考虑在热水用量突然显著增多的特殊用水情况下，确保热水的供应；3.2系统应配置辅助加热设施，以解决阴雨天或太阳能不足时的热水供应问题；同时应优先利用太阳能加热，以达到节能降耗的目的；3.3应结合系统所处地域特点，考虑冬季防冻等相关问题；3.4在保证质量及使用要求前提下应尽可能降低造价，提高系统性价比。4、系统基本设计4.1根据沈阳地区全年气温普遍较高的特点，选用热效率高、经济实惠的玻璃-金