太阳能热水系统设计计算

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 。

太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）设计⽅案太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统) ⼀、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）设计依据和设计标准 1、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）⼯程概况 XXX⽣活热⽔主要⽤于淋浴和⾯盆，分布在地下⼀层⾄地上三层。

原设计⽤⽔量为15吨/天，现有系统热⽔管道供⽔管径DN80，回⽔管径DN50，本系统-东莞热泵要求24⼩时供热⽔，其中⽤⽔⾼峰时间为11:30～14:00，15:30～16:30。

热⽔⽔温要求不低于45℃。

太阳能热⽔⼯程的设备安装位置要求：集热器安装在纪念堂屋顶上檐，离地下⼀层⾼度约40⽶，安装后不影响纪念堂整体外观。

换热器、⽔箱、辅助电加热设备、控制柜等相关辅助设备安装在纪念堂地下⼀层。

最不利的⽤⽔点⾼度为35⽶。

辅助能源：辅助能源采⽤电锅炉。

2、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）设计指标： 此⽅案中，我们选择春分所在⽉倾斜⾯上的⽇均辐照量(19.308MJ/m2)为标准。

安装总集热⾯积为178.4㎡的太阳能集热系统。

在设计条件(基础⽔温15℃，集热效率为0.60，⽔箱及管道损失为0.10)下,系统在没有外物遮挡的情况下可以将15000㎏温升30℃。

3、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）当地⽓象资料 基础⽔温：15℃ 太阳辐照资料 根据国家⽓象中⼼提供的《中国⽓象辐射资料年册》(2001年)中，北京(区站号：54511;东经：116o28?;北纬：39o48?;观测点海拔⾼度：31.3m)的⽉⽇均及年总辐射数据(单位MJ/m2)： ⼆、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）运⾏原理及说明 我们根据⽤户要求，结合贵⽅的实际⽤⽔情况，确定采⽤U型管集热器、远程控制柜(包括传感器)、保温⽔箱等主要设备，来完成贵⽅需求的各项功能。

1、太阳能热⽔⼯程闭式系统-东莞空⽓能热泵（承压系统）系统原理图： 2、太阳能热⽔⼯程闭式系统（承压系统）运⾏原理 (1)、说明：循环泵P，备⽤泵Pb，温度T,⽔位L，电磁阀DCF,锅炉B。

太阳能集中热水系统设计实例分析摘要：随着太阳能应用水平和技术的不断提高，太阳能热水系统越来越受到人们的重视。

太阳能热水系统可提供近乎免费的生活热水，但其受天气影响难以全天候运行，需要设置辅助加热装置，而空气源热泵是较易实现且自身就有节能特点的热源形式。

本文结合某工程实例，谈谈太阳能集中热水系统的设计过程。

关键词：太阳能；集中热水系统；原理；节能目前我国大力提倡环境保护和建设节约型社会，动员和激励全社会节约和高效利用各种资源。

而太阳能以清洁、取之不竭、安全、经济效益好等显著优势，已越来越受到社会各方面的关注。

而在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的。

太阳能热水系统是吸收太阳辐射能为热源，将太阳能转为热能以达到加热水的目的的整套装置，包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。

本系统的最大优势在于，在日照充足条件下，整个系统运行成本几乎为零，这也是在太阳能比较丰富的地区以太阳能作为生产热水主要能源的重要原因。

下文结合工程实例，对空气源热泵辅助加热的太阳能集中热水系统（下文简称系统）的设计过程进行分析和探讨。

一、工程概况及设计原则某工程位于深圳，由3栋18层的小高层住宅，每栋分A,B座，每座每层4户，一层架空，每栋均设置独立的太阳能集中热水系统。

以其中1栋为例，热水用水定额80L/(人.d)，热水日最高用水量为38.08m3，最大时用水量为4.76m3/h，冷水计算温度ti=15℃，热水计算温度tend=60℃，设计小时耗热量为210.5KJ/h。

采用集中太阳能热水系统，配以空气源热泵为辅助加热。

在进行系统设计和产品选择时主要考虑了以下几个原则：(1)保证用户热水供应的连续性和稳定性。

平常尽可能多利用太阳能，日照不充足时通过可靠的辅助加热措施，保证用户随时使用热水；(2)采用成熟的太阳能热水技术，通过优化系统配置，控制初期建设投资，并避免复杂的后期运行维护管理；(3)与建筑设计同步进行，解决好与建筑一体化的问题，以及系统冬季防冻、漏电、防雷等安全问题；二、系统原理分析1、系统原理深圳地区在全国的太阳能条件方面属于资源一般区中的较高水平，年日照时数为1975h，水平面上年太阳辐照量5225MJ/(m2 •a)。

太阳能热水方案中国航空规划建设发展有限公司2016年5月23日目录第一节地理位置及概况 (1)第二节方案设计依据及标准 (1)第三节运行原理及说明 (4)第四节重要项校核计算及说明 (5)第五节太阳能热水经济分析 ............................................ 错误!未定义书签。

第一节地理位置及概况一、地理位置：本项目位于北京市（北纬39º48´，东经116°28´）。

我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土年日照量在2200小时以上，年辐射总量大约每年3340-8360MJ/㎡，相当于110-250kg标准煤/㎡。

根据我国气象部门测量年辐射总量的大小，一般将我国大陆部分划为四个太阳能辐射资源带，即一类地区（≥6700 MJ/㎡），二类地区（5400-6700 MJ/㎡），三类地区（4200-5400 MJ/㎡），四类地区（4200 MJ/㎡），北京属于上述的第二类资源带内，其太阳能资源大有潜力可挖。

二、项目概况：此项目总建筑面积为13.648万平米，地上43层、建筑面积约为9.148万平米，地下五层、建筑面积约4.5万平米，为建筑高度220m的超高层5A甲级写字楼。

商业主要为写字楼配套商业。

用水情况：厨房、员工淋浴热水设置集中热水供应系统，采用太阳能强制循环间接加热系统（单水箱），日供应60℃热水7.5m3，太阳能集热板设在裙房屋面，集热热媒工质采用防冻液。

冬季运行十分可靠，且不需要设电伴热等耗能防冻措施。

太阳能热水机房设在地下一层，紧邻热水用水点。

供水稳定可靠，系统换热效率高。

《建筑给排水设计规范》GB 50015-2003中，表5.1.1-1规定，办公楼最高日热水用水定额为5~10 L/人.班，淋浴最高日热水用水定额为17~26L/人.次，餐饮业-职工食堂最高日用水定额为7~10L/人.次。

选取设计用水定额如下：办公楼最高日热水用水定额为8 L/人.d，淋浴最高日热水用水定额为26L/人.次，餐饮业-职工食堂最高日用水定额为7 L/人.次。

太阳能工程计算常用公式1.太阳辐射计算公式太阳辐射是太阳能工程中最关键的参数之一，可以通过以下公式进行计算：H = H0 * (1 - a * cos(theta))其中，H为太阳直射辐照度，H0为地球半径上太阳辐射的强度，a为大气散射系数，theta为太阳高度角。

2.太阳能电池板功率计算公式太阳能电池板的功率可以通过以下公式进行计算：P = A * G * eta其中，P为太阳能电池板的功率，A为太阳能电池板的面积，G为太阳辐射强度，eta为太阳能电池板的转换效率。

3.太阳能热水器设计公式太阳能热水器的设计需要考虑到太阳辐射强度、太阳能热水器转换效率等因素，可以用以下公式进行计算：Q = A * G * eta * FR其中，Q为太阳能热水器的热输出，A为太阳能集热器的面积，G为太阳辐射强度，eta为太阳能集热器的转换效率，FR为太阳能热水器的散热损失系数。

4.太阳能发电系统收益计算公式太阳能发电系统的收益可以通过以下公式进行计算：E=P*H*AF*PR其中，E为太阳能发电系统的年发电量，P为太阳能电池板的功率，H为太阳辐射强度，AF为发电系统的年可利用系数，PR为太阳能电池板的损耗系数。

5.太阳能系统投资回收期计算公式太阳能系统的投资回收期可以通过以下公式计算：T=I/(S*C-(E*P*AF))其中，T为太阳能系统的投资回收期，I为太阳能系统的投资成本，S为太阳能系统的每年节约的能源成本，C为太阳能系统的每年运行成本，E为太阳能发电系统的年发电量，P为太阳能电池板的功率，AF为发电系统的年可利用系数。

这些是太阳能工程计算中常用的一些公式，可以帮助太阳能工程师进行相关计算和设计。

当然，具体的计算还需要考虑到实际情况和具体参数，这些公式只是提供了一些基本的计算方法和思路。

太阳能热水系统设计首先，要确定所需的热水量。

这可以通过计算家庭平均每天所需的热水量来得出。

常见的热水需求包括洗浴、洗涤和清洁等。

可以根据家庭成员的规模和使用习惯来估算每天所需的热水量。

接下来，选择合适的太阳能热水系统类型。

太阳能热水系统有两种主要类型：直接式和间接式。

直接式系统是将太阳能直接转化为热水，然后将热水提供给家庭使用。

间接式系统是将太阳能转化为热水，然后将热水传递给一个热交换器，通过热交换器将热水传递给家庭供暖系统。

选择哪一种系统类型取决于家庭的需求和地方气候条件。

然后，选择合适的太阳能收集器的安装位置和朝向。

太阳能收集器是太阳能热水系统的核心组件，负责将太阳能转化为热能。

太阳能收集器应该安装在能够最大程度接收阳光的位置，并且朝向应该能够最大程度地面向太阳。

通常，南向屋顶是一个理想的安装位置。

此外，还需要选择合适的储水装置。

储水装置是用来存储将太阳能转化而成的热水的设备。

储水装置的大小应根据家庭的热水需求和系统的运行效率来确定。

最后，考虑系统的维护和保养需求。

太阳能热水系统需要定期的维护和保养，包括清洁太阳能收集器、检查管路连接、清除堵塞物等。

定期的维护和保养可以确保系统的有效运行和延长系统的寿命。

总结来说，太阳能热水系统的设计需要考虑热水量、系统类型、收集器安装位置和朝向、储水装置、控制系统和安全装置以及维护和保养需求。

正确的设计和安装可以确保太阳能热水系统的有效性和可靠性。

这不仅可以节省能源，减少环境污染，还可以降低家庭能源开支。

太阳能系统设计常用公式1、时角ω：从太阳正午起算，顺时针方向为正，逆时针方向为负︒⨯=15)12(的小时数时距离正午ω；2、赤纬角δ：太阳中心和地心的连线与赤道平面的夹角⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯=365284360sin 45.23n δ，其中n 为一年中的日期序号，元旦n=1； 3、太阳高度角s α：太阳光线与其在地平面上投影线之间的夹角ωδϕδϕθαcos cos cos sin sin cos sin +==z s4、天顶角z θ：太阳光线与地平面法线之间的夹角s z αθ-︒=905、方位角s γ：太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角，正南方向为0°，向西为正，向东为负s s αωδγcos sin cos sin =；ϕαδϕαγcos cos sin sin sin cos s s s -=6、日出、日落的时角s ωδϕωtan tan cos -=ssr ω为日出时角：s sr ωω-=；ss ω为日落时角：s ss ωω=7、日照时间N ：当地由日出到日落之间的时间间隔)tan tan arccos(15215δϕωω-=+=srss N 8、阴影长度d()[]ϕϕsin 399.0cos 648.0arcsin tan 707.0-=Hd9、两排方阵之间最短距离Dd H c D +⨯=θtan10、地表倾斜面上的月平均太阳辐照量天空各向同性模型：式中 ：倾斜面上的月平均太阳总辐照量 ：水平面上的月平均太阳直射辐照量 ：水平面上的月平均太阳散射辐照量 ：水平面上的月平均太阳总辐照量 ：倾斜面与水平面之间夹角 ：地面反射率 ，取0.2 ：倾斜面与水平面上的日太阳直射辐照量之比的月平均值对于北半球面朝赤道（ γ =0°）式中， 对于南半球面朝赤道（ γ =0°）式中天空各向异性模型：式中 ：倾斜面上太阳月平均总辐照量与水平面上月平均总辐照量的比值 ：水平面上月平均太阳总辐照量 ：水平面上月平均太阳散射辐照量：方阵倾角 ：地面反射率其中 T b H d H bR H βρ()δϕωtan tan cos 1-=-s ()()()[]δβϕδϕωtan tan cos ,tan tan cos min 11---='--s ()()()[]δβϕδϕωtan tan cos ,tan tan cos min 11+--='--s ()[]()()[]{}⎩⎨⎧>+-≥=ss sr sr s s ss srss sr ss G G G D ωωωωωωωωωω,,,,0max ,,,0max R H d H βρβγϕβsin cos tan cos +=A式中 ：倾斜面方位角 ：太阳赤纬角 ：水平面上的日落时角：倾斜面上日落时角11、负载日耗电量计算公式：负载日耗电量=负载功率/系统电压x 工作时间12、蓄电池容量计算公式：蓄电池容量=A*QL*NL*To/ccA ：蓄电池安全系数，一般1.1-1.4，设计取1.2； QL ：负载日耗电量； NL ：连续阴雨天数；To ：温度修正系数，0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2； CC ：放电深度，铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池取0.85；13、独立系统容量设计： 1）组件串联数Ns ：Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc式中： UR 为太阳能电池方阵输出最小电压;；γδsωδϕωtan tan cos -=s ωωUoc 为太阳能电池组件的最佳工作电压； Uf 为蓄电池浮充电压；UD 为二极管压降,一般取0.7V ； UC 为其它因数引起的压降；2）组件并联数Np ：Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)需补充的蓄电池容量Bcb=A×QL×NL （QL 负载日耗电量， NL 连续阴雨天数） 太阳能电池组件日发电量Qp=Ioc×H×Kop×Cz 式中：Ioc 为太阳能电池组件最佳工作电流；H 为峰值日照；Kop 为斜面修正系数；Cz 为修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等损失，一般取0.8； 两个最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw ；3）太阳能电池方阵的功率P ：P=Po×Ns×Np14、组件（电池片）转换效率η：SIV S p p m m in m ⨯⨯=⨯=1000η 式中 m P ：组件（电池片）最大输出功率；in P ：入射功率；m V ：组件（电池片）最大工作电压； m I ：组件（电池片）最大工作电流；S ：组件（电池片）面积；15、风压载荷W ：w w A q C W ⨯⨯=式中 W ：风压载重；w C ：风力系数；q ：设计用的风压（N/m 2）；w A ：受风面积；①、设计用的风压q ：J I a q q o ⨯⨯⨯=式中 q ：设计用的风压（N/m 2）；o q ：基准风压（N/m 2）； a ：高度补偿系数；I ：用途系数；J ：环境系数；1）基准风压o q ：设定基准高度10m ；16002122o o o V V q =⨯⨯=σ2）高度补偿系数a ：no h h a 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=式中 a ：高度补偿系数；h ：阵列的地面以上高度；o h ：基准地面以上高度10米；n ：因高度递增变化的程度，5为标准；3）用途系数I ：通常1.0；4）环境系数J ：通常1.0；②、风力系数w C ：16、积雪载荷S ：ss s A Z P C S ⨯⨯⨯=式中 S ：积雪载重；s C ：坡度系数；P ：雪的平均质量（相当于积雪1cm 的质量，N/m 2），一般地方19.6N以上，多雪区域为29.4N 以上；s Z ：地上垂直最深积雪量（cm ）； s A ：积雪面积；1）坡度系数s C ：2）雪的平均单位质量P ：积雪厚度为1cm 、面积为1m 2的质量； 3）地上垂直最深积雪量s Z ：17、地震载荷K ：一般地方由式①计算，多雪区域由式②计算；GC K ⨯=1 ①)35.0(1S G C K +⨯= ②式中 K ：地震载荷（N ）；1C ：地震层抗剪系数；G ：固定载荷（N ）；S ：积雪载荷（N ）；地震层抗剪系数由下式计算：o i t C A R Z C ⨯⨯⨯=1式中 Z ：地震地域系数；t R ：振动特性系数； i A ：层抗剪分布系数；o C ：标准抗剪系数（0.2）以上；18、欧洲效率erp η：加权效率%100%50%30%20%10%520.048.010.013.006.003.0ηηηηηηη+++++=erp19、系统发电效率：并网光伏系统效率=组件方阵效率（95%）x 直流配电效率（98%）x 并网逆变器欧洲效率（95%）x 并网逆变器MPPT 效率（97%）x 交流配电效率（98%）x 升压变压器效率（95%）x 灰尘及其它损耗（98%）=78%独立光伏系统效率=组件方阵效率（95%）x 直流配电效率（98%）x 控制器效率（95%）x 离网逆变器效率（85%）x 蓄电池效率（80%）x 交流配电效率（98%）=59%20、系统发电量：系统年发电量=方阵功率x 峰值日照x 系统发电效率x365天21、节能减排计算：每节约 1度（千瓦时）电，就相应节约了0.35Kg 标准煤，同时减少二氧化 碳（CO 2）排放0.872Kg 、二氧化硫（SO 2）0.0263Kg 、氮氧化物（NO X ）0.0131Kg 、碳粉尘0.238Kg ；22、光伏组件结构组成：普通光伏组件：3.2mm 超白低铁钢化玻璃—EVA —电池片—EVA —TPT 背材； 双玻光伏组件：3.2mm 超白低铁钢化玻璃—EVA —电池片—EVA —3.2mm 超白低铁钢化玻璃；23、公元太阳能单晶硅电池片面积：大圆角：0.014857m 2； 小圆角：0.015480m 2；24、公元太阳能光伏组件尺寸：①铝框组件尺寸：1580*808（mm ）；铝框组件型材尺寸：1607*915（mm ）；铝框组件玻璃尺寸：1574*802（mm ）；电池片横向间距3mm 、纵向间距4mm ，电池片离玻璃边缘横向间距18.5mm 、纵向间距15mm ； ②塑钢框组件尺寸：1670*890（mm ）；塑钢框组件型材尺寸：1700*1000（mm ）；塑钢框组件玻璃尺寸：1595*815（mm ）；电池片横向间距3mm 、纵向间距4mm ，电池片离玻璃边缘横向间距25mm 、纵向间距25.5mm ；25、电池片生产流程：清洗（酸洗）—制绒—扩散—刻蚀—PE —丝网印刷—分检—包装；26、组件生产流程：单焊—串焊—叠层—分选—层压—装框—切割—测试—清洗—包装；27、电缆桥架的选择：①、电缆桥架的载荷总G ：.......332211+++=q n q n q n G 总式中 .......321n n n 、、为相应电缆的根数；.......321q q q 、、为各电缆每单位长的重量（kg/m ）；②、电力电缆桥架的宽度b的计算：.......)()()(333222111++++++=k d n k d n k d n b式中 .......321n n n 、、为相应直径电缆的根数；.......321d d d 、、为各电缆直径；.......321k k k 、、为电缆间距（k 值最小不应小于4d）；③、控制电缆桥架的宽度b的计算：电缆的总截面积：.......222.233222211+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=D n D n D n S o πππ需要的托架横截面积：%40.o S S =h S b o⨯=%40式中.......321n n n 、、为相应直径电缆的根数； .......321D D D 、、为各电缆直径； h为电缆桥架净高；28、线缆参数表：①、YJV/YJV22线缆参数表：②、BVR 线缆参数表：29、桥架参数表：①、槽式桥架：附录1 钢材和连接的强度设计值附表1.1 钢材的强度设计值（N/mm2）注：附表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚的。

太阳能热水器计算公式太阳能收集面积估算公式太阳能收集器的面积是决定系统收集太阳能的关键因素之一。

可以使用以下公式来估算太阳能收集面积：收集面积 = (每日热水消耗量 / (日平均太阳能辐射量 ×系统热效率)) × 24小时其中：- 每日热水消耗量是指你所需要的每天热水的总量，单位可以是升或者加仑；- 日平均太阳能辐射量是指太阳能可利用的平均辐射量，单位可以是千焦耳/平方米/日或者白天小时数等；- 系统热效率是指整个太阳能热水系统的热效率。

储水箱容量估算公式储水箱的容量是决定系统的储热能力的关键因素之一。

可以使用以下公式来估算储水箱的容量：储水箱容量 = (每天热水消耗量 ×最长无太阳能供暖时段) / 系统热效率其中：- 每天热水消耗量是指你所需要的每天热水的总量，单位可以是升或者加仑；- 最长无太阳能供暖时段是指系统无法获得太阳能供暖的最长连续时间，单位可以是小时；- 系统热效率是指整个太阳能热水系统的热效率。

太阳能热水器效率计算公式太阳能热水器的效率是指系统将太阳能转化为热水的能力。

可以使用以下公式来计算太阳能热水器的效率：太阳能热水器效率 = (每天实际热水产量 / (日平均太阳能辐射量 ×太阳能收集器面积)) × 100%其中：- 每天实际热水产量是指系统每天能够产生的实际热水量，单位可以是升或者加仑；- 日平均太阳能辐射量是指太阳能可利用的平均辐射量，单位可以是千焦耳/平方米/日或者白天小时数等；- 太阳能收集器面积是指太阳能热水器的收集面积。

这些计算公式可以帮助我们在设计和选择太阳能热水器系统时进行初步的估算和判断。

但是实际情况可能受到多种因素的影响，包括地理位置、气候条件、系统设计和材料质量等。

因此，在实际应用时，建议根据具体情况进行调整和优化。