太阳能供热采暖系统计算说明

1、1 太阳能供热米暖系统综述太阳能供热采暖系统将太阳能转化成热能，供应冬季采暖和全年生活热水。 系统主要由集热系统、换热储热系统、辅助能源和控制系统等4 大部分组成。1.1 集热系统根据使用区域和用户投资规模不同，使用相应的太阳能集热器组成集热系 统。包括全玻璃真空管集热器、平板集热器、玻璃金属集热器（玻璃金属 u 型 管集热器、玻璃金属热管集热器）等，集热系统可以采用直接系统间接系统。 长期运行过程中既要考虑太阳能集热系统的越冬保护问题，又要考虑集热器夏天过热问题。直接式系统既可以采用回流式排空防冻措施也可以采用电伴热或 热循环防冻措施；由于间接式系统一般采用低冰点高沸点介质做导热液，因此不存

2、在冬季越冬保护问题，但其夏季过热是主要问题。1.2 换热储热系统目前常用的太阳能采暖系统中多以热水显热的形式来完成供热和储热，随 着技术的进步逐渐有以相变潜热供热的太阳能供热采暖系统面世。集热系统种类不同，换热设备和储热系统都不同，直接式系统把水作为集热的热媒和采暖 供热的热媒；间接式系统一般用换能液（低冰点高沸点介质）通过换热器把集 热器产生的热量储存到储热系统中； 换热器可以是内置式也可以是外置式。 储 热水箱的容积和太阳能采暖保证率有关， 所以同样集热面积的太阳能采暖系统， 储热水箱容积可能不同，太阳能保证率越大，储热水箱的容积越大。1.3 用热系统太阳能采暖系统用热包括两部分：采暖用热

3、、生活热水用热。生活热水要 求水质新鲜、富含氧气、温度合适、带有一定压力、清洁、无病菌、无异味， 因此不能和采暖系统共用一套水源，采用双水箱系统、单水箱加换热器系统。对采暖系统来讲，末端散热器主要用热设备，通过热传导、辐射、对流把 热量散发出来， 让居室的气温得到提升。 太阳能辅助采暖系统可以在地板底下 敷设加热管、 普通金属散热器、 风机盘管散热器等多种形式末端散热器。 目前 市场上销售的采暖散热器从材质上分为铜管铝翅对流散热器、 钢制散热器、 铝 制散热器、 铜制散热器、 不锈钢散热器、 铜铝复合散热器以及老式铸铁散热器 等。1.4 辅助能源和控制系统辅助能源和控制系统是保证太阳能采暖系统

4、全天 24h 安全可靠运行的关键。 控制系统控制策略的优劣决定系统运行过程是否节能， 降低耗电输热比的关键 措施。2 常见太阳能采暖系统组成方式2.1 常见 4 种太阳能采暖和生活热水系统由于集热器种类和运行方式有多种形式，储热水箱有开口式、封闭式及有 无内置换热器式等种类， 辅助能源安装在水箱内部的电加热器、 通过内置或外 置换热器进行加热的外部加热装置，如电锅炉、燃气炉、燃油炉、燃煤炉；外 置辅助加热装置还可以直接给水箱中的水加热。 因此太阳能供热采暖有多种组图4问按武木阳能集熱系疑应按忘一暖合方式，直接式太阳能集热系统间接采暖如图1 所示I韦朿 T 甘n東木區b宜按式衣阳能集熱疥统间挟来

5、咳固工4接式太阳就朵炖祭统耳接柔口爰圉事汞 压洵按式太13日館钱/埶蔡电克冋 按采日菱图 1 所示系统的辅助加热设备是直接安装在水箱中的电加热器，水箱中的 热水既作为采暖供热的热源又作为洗浴和生活用水的水源，通过外置板式换热 器采暖来隔离生活用水和采暖用热，这是直接式太阳能集热系统。图 2 所示系统是直接式太阳能集热系统直接采暖，其辅助加热装置直接给 水箱加热的外置式装置（燃气锅炉、燃油锅炉、电锅炉、燃煤锅炉、空气源热 泵、水源热泵等），通过水箱内的换热器提供新鲜生活热水来隔离生活用水和 采暖用热。图3 所示系统是间接式太阳能集热系统间接采暖，其与图 1 所示 系统的集热系统加热方式不同、辅助

6、加热装置加热方式不同。图 4 所示间接式太阳能集热系统直接采暖，外置辅助加热装置直接给水箱 内的水加热，通过水箱内的换热器提供新鲜生活热水来隔离生活用水和采暖用 热。承压间接式太阳能集热系统间接采暖， 外置辅助加热装置直接给水箱内水 加热，水箱内热水直接供生活用水，采暖部分热量通过外置的换热器提供。供 暖方式是水箱中的热水直接通过散热器来给房间供热的直接供暖方式，也有储热水箱中的水通过换热器后再经过末端散热器给房间供暖的间接供暖方式。2.2 不同集热和供热方式的的优缺点对比四种太阳能集热、供热采暖系统的优缺点对比见表 1。从表 1 看到无论是 直接集热系统还是间接集热系统都可以采用开口式水箱，

7、 无论直接供热水间接 采暖系统还是直接采暖间接供热水系统都可以采用开口式水箱， 因此太阳能供 热水采暖系统中优先选用开口式水箱。表 1 直接供热与间接供热优缺点对比3 系统设计对太阳能供热采暖系统来讲，其热负荷包括两部分，一部分是建筑物的采 暖热负荷，另一部分是生活热水热负荷，由于冬季太阳辐照量减少，太阳能采 暖系统很难保证供暖热负荷， 因此应该首先考虑生活热水热负荷， 在保证生活 热水供应后再考虑采暖需求。3.1 热负荷计算 目前公共建筑节能设计标准以及严寒和寒冷地区居住建筑节能设计 标准都规定建筑物耗热量应该按各种围护结构单位面积耗热量累计值来计算， 只有通过计算才能得到相对准确的建筑物耗

8、热量。 但由于这种计算方法工作量 大，在实际设计中可以根据经验采用估算法， 常用的方法有体积热指标估算法 和面积热指标估算法。3.1.1 按维护结构计算建筑物的耗热量指标（热负荷）3.2 太阳能集热面积的计算计算太阳能集热器的面积首先确定太阳能系统提供的热量是多少，虽然根 据前面的计算我们已经得出建筑物的采暖热负荷， 但这些能量有多少由太阳能 集热系统提供的决定于太阳能保证率。 为准确计算太阳能集热系统需要提供能 量，需要合理选取太阳能采暖系统的保证率。 这里强调说明太阳能保证率是指 晴好天气的保证率而不是采暖季的平均保证率。 这一数值要根据投资规模和建 筑物实际情况综合考虑，并征求用户意见，

9、一般选取 f=50% 。2. 采暖系统集热面积计算 因为太阳能采暖系统一般情况下都无法满足采暖热负荷，因此甲方不是特 别要求冬天采暖季提供生活热水，一般都不必考虑生活热水系统的集热面积。 如果冬季要提供生活热水必须专门设计生活热水系统， 该部分集热面积只能用 于生活热水而不能用于采暖系统，可以按照生活热水系统设计计算方法。3.3 水箱的设计计算为了节约投资推荐采用内置换热式单水箱太阳能采暖供热水系统，通过换 热器在采暖的同时为用户提供生活热水。 设计原则： 太阳能集热器产生的热量 扣除白天采暖需要后剩余能量以显热形式储存在储热水箱中， 水箱上限温度比 当地热水沸点温度低 15C左右，下限温度不

10、宜V5C；如有排回防冻措施，还 要考虑晚上防冻排回液体的容量。1. 水箱的容积当太阳能采暖系统在晴好天气的保证率 30%时，太阳能集热器在白天得 到的能量转换为热能后能被建筑物完全消耗， 剩余部分的热量以热水的形式储 存在水箱中供夜间采暖使用，这些热水的容积按公式8、公式 9、公式 10 计算。2. 防冻回流排回液体的容量 为了解决全玻璃真空管集热器组成的直接式集热系统的防冻问题，为了提高采暖系统的效率， 最有效的办法是把集热器中的水排回水箱。 不同规格型号 的集热器由于联箱的体积、 管道长度和直径不一样， 其集热系统的容水量是不 同的，但可以进行粗略计算。以 58X1500 型集热器为例，单

11、只真空管容水量 按 3.0l 计算。3.4 辅助能源设计阴雨雪天没有太阳能，所有采暖负荷都要有辅助加热设备提供，因此辅助加热设备提供的热能采暖总负荷，故辅助能源功率必须建筑物供暖热负荷。为延长辅助能源的寿命，一般情况下按1.5 倍2 倍选择辅助能源功率。P = KQn(3)式中：式中：P 辅助辅助能源功率用能源功率用; ;K一冗一冗余系数余系数( (无无虽纲虽纲hQn采暧期内建筑物舛琏荷用采暧期内建筑物舛琏荷用一、工程概况：西安地区某住宅公寓 20 层，共 20000 卅，共有 200 户，按每户 3 人计算共 600 人。冬季采 暖利用太阳能供热按面积估算法进行冬季热负荷的估算根据规范，采用面积热指标概算，取 =40W/卅，则每秒采暖负荷为:QF=qF*A=40*20000=800000W采暖集热面积的计算根据表格选择年平均日太阳辐照量，按上表数