太阳能工程计算常用公式

1、第一节 前后排间距排间距计算：D=H*ctgaD：集热器遮光物或集热器前后排间距的最小距离H：遮光物最高点与集热器最低点间的垂直距离a：当地春秋分正午12时的太阳高度角(季节性使用) 当地冬至日正午12时的太阳高度角(全年性使用)第二节 集热面积集热面积可根据用户的每日用水量和用水温度来确定，按下式计算：有效集热面积：m2每日用水量：kg水的定压比热容：kj/(kg·)储水箱内的终止温度：水的初始温度：太阳能保证率，无因次；根据用户要求确定一般取0.60.9系统使用期内太阳辐照最低月的集热器受热面平均热辐射量：kj/ m2集热器全日集热效率，无因次；根据经验值取0.45至0.6。管路

2、及储水箱损失率，无因次；根据经验值取。第三节 热水使用量计算方法集中热水供给系统中，锅炉、水加热器的设计小时热水供给量和贮水器的容积，应根据日热水用量小时变化曲线，加热方式及锅炉、水加热器的工作制度经计算确定。 住宅、旅馆、医院等建筑的集中热水供给系统全日供热水时的设计小时耗热量，应按下式计算：Q=Kh·m·qr·c·(tr-t1)/86400()式中Q设计小时耗热量(W)；m用水计算单位数人数或床位数；qr热水用水定额L/人·d或L/床·d等c水的比热(J/kg·C)；tr热水温度() t1冷水温度() Kh小时变化系数，

3、全日供给热水时可按表居住人数m10015020025030050010003000Kh旅馆的热水小时变化系数Kh值表-2床位数m1503004506009001200Kh医院的热水小时变化系数Kh值表-3床位数m5075100200300500Kh注：当旅馆、医院、疗养院已有卫生器具数时，可按第条规定计算设计小时耗热量，其卫生器具同时使用百分数，旅馆客房卫生间内浴盆可按30%50%计，其他器具不计；医院、疗养院病房内卫生间的浴盆可按25%50%计，其他器具不计。不同类型建筑，由同一供热站供给热水时，应计算建筑物之间热水供给的同时使用百分数。第4.3.3条工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体

4、育馆场等建筑的集中热水供给系统全日供热水时的设计小时耗热量，应按下式计算：Q=·qh·c·(tr-t1)no·b/3600(4.3.3)式中Q设计小时耗热量(W)；qh卫生器具热水的小时用水定额(L/h)，应按本标准表4.1.2-2采用；c水的比热(J/kg·C)；tr热水温度()应按本标准表4.1.2-2采用；t1冷水温度()宜按本标准第4.1.5条规定采用；no同类型卫生器具数；b卫生器具同时使用百分数；公共浴室和工业企业生活间、学校、剧院及体育馆场等的浴室内的淋浴器和洗脸盆均应按100%计。 冷水的计算温度，应以当地最冷月平均水温资料确定

5、。当无水温资料时，可按表采用。冷水计算温度表分区地面水水温()地下水水温()第1分区第2分区第3分区第4分区第5分区4451015761010151520201520注：分区的具体划分，应按现行的?室外给水设计标准?的规定确定。第四节 热水器风荷载计算校核1、热水器各部件自重1该热水器上满水后，水箱内水为130kg，重量为：130kg×1274N；2水箱质量20kg，重量：20kg×；320支真空管的重量：×20×N；4上水后真空管内水的重量：(0.037/2)²××1×1000kg/m³×&#

6、215;20=5N；2、热水器受力分析××1.189= 12级风荷载为0.3kN/即300N/ F风=300N/×=N G= 337.015+264.6=N 由于热水器反面受到的风的力比正面大，故以反面受力为主计算。以O点为原点，热水器受到的风的力矩为M风F风cos40°×(1840+240)/2=Ncos40°×1040·m 水箱及水的重力力矩为M水箱=(1274+196) cos50°×·m 真空管及管内水重力力矩为M真空管= cos50°×·m由以上

7、计算可见M水箱+M真空管>M风那么热水器受到的风荷载影响极小。平安系数S=(M水箱+M真空管)/ M风注：最大受风面积是按太阳热水器前后向正投影面积，由于该型热水器中间间隙颇多；且如图七水箱及真空管外形为圆形，风阻小于最大截面风阻。故现场热水器受到的风荷载比F风值还要小。第五节 海水淡化计算每天热水器工作八小时，出水温度T=65。当太阳能热水器的进水温度为T1=45时，平均每小时产热水1.5吨，热水器效率为0.35；进水温度为T2=60时，平均每小时产热水6吨，热水器效率为0.40。两种情况同时存在，问总共需要多少平方米的太阳能集热器。当地太阳辐照量按国家气象局统计的济南市与莱州纬度相差

8、不大2000年数据计算。2000年济南市太阳辐照量单位MJ/如下：全年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1吨海水升温至65所需热量-(1)式中 Q海水升温吸收的热量kJm海水的质量 Cp海水的定压比热容 kJ/(·) t进出太阳热水器的海水温差m=1000Cp=4.06kJ/(·)t1=T-T1=20t2=T-T2=5计算所得 Q1=80320kJQ2=20210kJ加热海水所需太阳能集热器的面积-(2)式中 Q海水升温吸收的热量KJ q 太阳辐照量 KJ/ 太阳热水器的热效率系统需要的总的集热器面积为-(3)式中 A1进水温度为45时的集热面积 A2进

9、水温度为60时的集热面积 将太阳辐照量换算成倾斜面上总的太阳辐照量热水器倾角为38°。利用 IEA方法计算：1大气层外的太阳辐照量-3式中：1164为太阳常数，D一年中这一天的通算日数，D按每个月的15日计算。2不同时刻的太阳辐照量 一天中不同时刻的太阳辐照量取月平均值，可消除因天气状态的不同而引起的不规那么性，而成为一条光滑的曲线，曲线的形状在水平面上大致是一条正弦曲线，用式子表示出来，那么为-4式中：Q每月的日平均辐照量；TO日照时间，取10小时；T时刻太阳时：3有关太阳高度位置的三个值-5-6-7式中： L纬度；太阳赤纬，取月中太阳赤纬；t 时角以正南为0°，每一小时

10、为15°，用角度表示时刻。月中太阳赤纬的计算为-8n这一天在这一年中的序号4求大气层外水平面太阳辐射量IOH及地面法线面的直接太阳辐射量IH-(9)-(10)-(11)假设IDN860时，取IDN=860；假设IDN0时，取IDN=0。5求水平面的天空太阳辐射量IHS-(10)当IHS0时，取IDN= IH/ sinh0，IHS =0。6求倾斜角的入射角余弦cosi-(11)式中倾斜角的倾角；倾斜角的方位角。并且，cosi0.017时,取cosi=0。7所求倾斜角的总太阳辐射量Ip根据下式估算-(12)式中：地面的反射率，取0.1。所需太阳能集热器的面积，如下表表1123456789

11、101112辐照量80191174117596183161859118134180681661514614819471316162斜面辐照量106421591119873185651679416404160431557715618785184787415有效辐照量99411510618976177411600715604152731487014941750580076861集热面积A1 m2243160127136151155158162162321301352集热面积A2 m2277183146156172177181186185367344402总集热面积 m2 5203432732923

12、23332339348347688645754注： 辐照量为水平面上的日平均辐照量 Kj/m2·日斜面辐照量为斜面上的日平均总辐照量Kj/m2·日有效辐照量为热水器工作时间内斜面上的日平均总辐照量Kj/m2·日第六节 冷水量、热水量和混合水量的计算M：混合水温用户使用水温H：热水温度炉水温度，一般也为用户所设定C：冷水温度炉进口水温或混合用冷水温(公式3)冷水量热水量=混合温水量热水量/混合温水量=混合水温度M冷水温度C/热水温度H冷水温度C冷水量/混合温水量=热水温度H混合水温度M/热水温度H冷水温度C例如：M为42，H为60，C为4，热水份额=424/604=

13、38/56=67.8%冷水份额=(6042)/(604) =18/56=0.32=32% M为42，H为65，C为4，热水份额=424/654=38/61=0.622=62.2%冷水份额=(6542)/(654) =23/61=0.378=37.8%注：一般生活用热水最正确水温42。超过42对人体皮肤有损害。热水炉的最高设定温度为65-77，建议设在60，为了能够较多地储藏热量，可以提高热水的温度。u     例如：设定在60时，按上面的计算看出，使用42的热水的总量中需要67.8%的60的热水与32%的4的冷水混合。即热设计使用热水量为2吨4

14、2，那么需提供60的热水为60的热水，可满足客户的要求。第七节 水力计算（一） 单位长度水头损失2/dj管道单位长度的水头损失<mH2O> V管道内平均水流速度<m/s> dj管道计算内径<m>（二） 局部水头损失hj=V2/2GhJ局部水头损失之和<mH2O>、局部阻力系数V、平均水流数度<m/s>G、重力加速度<m/s2>简化计算，按沿程水头损失20计算。第八节 膨胀水箱计算V=a·t·VsV膨胀水箱的有效容积即由信号管到溢流管之间高差内的容积t最大的水温变化值Vs系统内的水容量，即系统管道中和设备

15、内存中水的总和。第九节 电加热计算1、电加热时间计算：T=cmt/P*3600T电加热所需时间；c水的比热(J/kg·C)；m每天所需水的质量kgt温升；电加热的效率；P电加热的功率；2、电加热功率计算：P=cmt/T*3600T电加热所需时间；c水的比热(J/kg·C)；m每天所需水的质量kg；t温升；电加热的效率；P电加热的功率；第十节 水泵和排水系统效率计算 (1)水泵效率是指水泵有效功率与轴功率之比。即    式中 水泵效率()。 (2)管路效率是指水泵排水垂高与总扬程之比。即 式中 g管路效率()。 (3)排水系统效率是指排水设备的总效率，等于

16、水泵效率、管路效率和电动机效 率的乘积。即 式中 c排水系统效率 电动机输入功率KW d电动机效率水泵功率的测定和计算 (1)水泵的有效功率是指水泵输出功率，即水通过水泵获得的功率。可按下式计算： 式中 水泵的有效功率(kW) Q水泵流量(m3min) H水泵总扬程( mH2O )，   水的比重/ m3， 清水等于1000/ m3对于矿井水一般含有泥沙，应实测确定。 (2)水泵的轴功率是指水泵输入功率，当水泵直接由电动机带动 时，就等于电动机的输出功率。 轴功率还可根据测到的扭转力矩按下式计算：  式中 P水泵轴功率(kW)，    

17、0;            M水泵轴上的扭转力矩(kg-m)                 n水泵转速(r.pm) 管路阻力系数的计算 水经过水泵获得能量后，沿管路从井下排送到地面。由于管路的不同水泵将排送不同的流量，同时需要克服不同的阻力。对于一定结构的管路，通过流量愈大，管路的阻力损失也愈大，相反那么愈小。如果通过流量为零，那就根本

18、不产生租力：损失。管路特性曲线就是反映流量与阻力损失的变馋关系的曲线。阻力损失包括：吸水管路和排水管路的沿程损失(直管损失)以及弯管，各种闸阀等所造成的局部损失。管路结构一定时，阻力损失与管路中水流速度或流量的平方成正比。因此阻力损失可以下式表示： 式中        HW管路损失压头mH2O 沿程损失与各种局部损失系数之和；       v 管路中水的流速m/s           &

19、#160;         K比例系数，                     RT管路阻力系数。       上式可由图35的抛物线表示。因为水泵扬程H等于排水垂高Ha和管路损失压头H之和，而排水垂高对于既定的排水系统是一个常数， 它不随流量Q而改变。所以抛物线顶点的位置是在

20、H=Ha和Q=0的点上。 由管路特性方程                            可以求得管路阻力系数   式中H是将流量Q从一定结构的管路(阻力系数为 )中排送出去所必须的压头。在这个既定管路上，如流量Q发生变化，H也将变化，所以只要管路阻力系数确定 后，就可以将这个既定管路的特性曲线绘制出来 总扬程的测定 水泵总扬程等于排水垂高水柱和管路阻力损失水柱之和。 测定总扬程可在水泵进，出口法兰盘小孔上，分别装上真空表(吸水方式抽吸式)和压力表， 并在表的连通管上装上旋塞。测定时翻开旋塞，记下读数，再按下式算出扬程(见图34)。  式中 H总扬程(m)