1、平板型分体承压太阳能热水系统的设计摘要：本文详细阐述了平板型分体承压太阳能热水系统在建筑一体化中的优势。在分体水箱、集热器选择 2 个主要方面详细介绍了平板型分体承压太阳能热水系统设计的方法。从用户的实际情况出发，获得最佳的系统配比方案。关键词：分体承压水箱、平板集热器、换热器 ABSTRACT：This paper expounds the hot water system based on solar energy compsede of fission confined water tank and Flat plate collector has the advantage the b
2、uilding integration and the design of fission water tank and Flat plate collector. Starting from the actual situation of the user, the best scheme of system solutions is achieved.KEY WORDS ：Fission confined water tank、Flat plate collector、Heat exchanger一、 前言在中国，随着城市化进程的快速发展和土地资源的限制，高层住宅小区已经成为现在城市住宅的
3、主要发展方向。由于高层住宅住户多，相对的楼顶面积则极为有限，传统的在屋顶安装的太阳能热水系统面临极大的挑战。在这种条件下，可以方便安装于阳台的分体承压式太阳能热水系统，则成为当今高层住宅的首选，成为建筑一体化的典范。由于其系统集热器是安装于阳台外侧墙体上，而真空管易碎、不承压的缺点，使得平板型分体承压太阳能热水系统成为未来的趋势。 1二、 贴墙式竖直安装阳台式太阳能热力系统的设计目前平板型分体承压太阳能热水系统多属于自然循环系统，其主要就是有水箱和集热器组成。现在对太阳能热水系统中水箱及集热器的设计进行介绍。2.1 用户的基本情况现在以烟台某用户的需求为实际应用情况：山东烟台市有一客户要求在阳
4、台上安装一套分体式太阳能热水系统，采用自然循环的运行方式。用户平均每天洗澡的有效用水用时半小时（考虑到洗澡时不可能一直开着水）。浴室使用小花洒，出水量在 6 升/分。一般洗澡的最佳温度比体温略高为 39 ，自来水的温度为 25 。2.2 平板型分体承压太阳能水箱的选择设计2.2.1 水箱容积的选择水箱在太阳能热水系统中的作用是储能，目前大多数水箱都是采用水作为储能介质，并直接将其作为洗浴用水。在本文的应用中，用户所需 39 的用水量为：用水时间*出水量*水的密度=0.5 小时*6 升/分*1000 =180 。 /3 根据公式(1)(1) =:水温升高所吸收的热量，单位 ； ：水的比热容，常数
5、 ； 4.2/():水的质量，单位是 ； ：水箱内最终温度与起始自来水的温度差值，单位是 。 则在本文所述应用中，水箱采用承压式水箱，补水采用顶水式，即水箱与自来水为相通的，水箱的起始温度不会低于自来水的温度。为了满足用户在用水量及水温的需求，将 180kg 的水由 25 加热到 39 ，所需要的能量 。=4.2180(3925)=10584同时从上述公式中也可以得到，对于固定的能量， 值越大，所需的 越小。 即水箱最终的温度越高，水箱的容积就可以越小。在实际使用中，为了减小水箱的体积，水箱中的水温一般都要高于洗澡用水温度 39 ，对于平板太阳能系统，一般能使水箱达到的温度平均为 50 。则此
6、时用户的用水量。= 105844.2(5025)100即在自来水温度不低于 25 ，水箱的最终温度可以满足 50 以上时水箱的 容积选取为 100 。2.2.2 换热器面积的设计本应用中采取的是二次循环换热，换热器采用夹套式换热器的原理是换热器内的换热介质通过热对流的方式将集热器得到的换热量传递给换热器的高温壁面，然后通过热传递的方式将热量传递到低温壁面，低温壁面的热量与水箱中冷水再通过热对流方式进行交换。在换热器中流动的换热介质一般为乙二醇与自来水的混合物，其也会慢慢结垢，也会对换热效果产生影响。对于换热器的性能可以用传热系数来衡量，传热系数表示单位传热面积、单位传热温差下的传热速率，这是某
7、一换热器的固有系数。在没有换热器产品技术参数时，可参照表 1 选用。对于太阳能系统中的换热器，其还受光照时间的影响，没有光照的时候，集热器是无法产生热量的。综合以上因素，换热器的换热量，即水箱需要的热量可通过公式(2) 2获得：(2)=3600S 1000式中 ：换热器换热面积，单位为平方米（ ） ； 2：换热器传热系数，单位为瓦每平方米开（ ） 。 ，此应用中为 /2夹套换热器，选择 300 ；/2：一般可根据集热器的性能确定，集热器性能好，温差取高值，否则取低值；平板型集热器温差取低值，真空管型集热器温差取高值。此处采用平板型集热器，选择 15 ；：结垢影响系数， =0.60.8； ：当地
8、平均每日的日照时数，单位为时（ ） 。烟台当地平均每日的日照S 时数为 6.96 3 表 1 换热器传热系数换热器类型 夹套式换热器 管式换热器 板式换热器传热系数（ ）/2150-300 320-410 1000-3500由此可得到，换热面积应当为=10003600S =100010584/(3000.81536006.93)=0.4522.3 平板型分体承压太阳能集热器的选择设计集热器在太阳能热水系统中的作用是吸能，将太阳能转换为热能。水箱升温所需的能量就源自集热器所转换的有效热能。由于集热器结构，材料的差异，不同类型的集热器将太阳能转为为热能的效率不同，全日集热效率是衡量集热器性能的重要
9、指标。同时，集热器所能接收的太阳能的量也与太阳所在的位置有关。不同季节，不同纬度，集热器安装角度不同，太阳辐照量均不同，在本文计算过程中，简化的取当地春分（3 月）或秋分（9 月）所在月集热器受热面上日均辐照量。另外，由于集热器与水箱在安装位置存在一定距离，集热器将安装在阳台外侧，水箱安装在阳台上，这之间的管路连接不可避免的会出现热损。综上因素，水箱的所需的热量按下列公式(3)计算 4：(3)=Ac1（ 1-2)：集热器采光面积，Ac 2Jt：当地春分（3 月）或秋分（9 月）所在月集热器受热面上日均辐照量， 。烟台的/2日平均辐照量 5为 16075 /2：集热器全日集热效率，国标经验取 0.45-0.61：管路及储水箱热损失率，国标经验取 0.2-0.252经计算得 。 。热器采光面积 Ac=1.3723 结论：本文主要阐述了平板型分体承压太阳能热水系统的两大主要部件：承压水箱与平板集热器的设计。文中从用户的实际需求出发，逆向设计最佳配比的热水系统，为太阳能热水系统的性能可以满足用户的热水需求提供理论支持。参考文献：1张益林 平板型太阳能在高层建筑中的应用 贝德莱特太阳能2 GB/T 26970-2011 附录 B3 全国主要城市日照时间和气候资料 百度文库 http:/ GB 18713 附录 A 公式5 2002 年中国气象辐射资料年册
