太阳能热水系统建筑一体化设计技术导则解析

《太阳能热水系统建筑一体化设计技术导则》3 安装设计与设备选用技术要求3.1 太阳能集热器阵列排布技术要求3.1.1太阳能集热器定位3.1.1.1太阳能集热器的安装位置不应有任何障碍物遮挡阳光，并宜选择在背风处，以减少热损失；（1）设计为全年运行的系统，宜保证春分/秋分日阳光照射到集热器表面上的时间不低于6h；（2）主要在春、夏、秋三季运行的系统，宜保证春分/秋分日阳光照射到集热器表面上的时间不低于8h；（3）主要在冬季运行的系统，宜保证冬至日阳光照射到集热器表面上的时间不低于4h；3.1.1.2方位：太阳能集热器宜朝向正南，或南偏东、偏西30度的朝向范围内设置；3.1.1.3集热器安装倾角α：α=（1）全年应用的太阳能热水系统：φ（2）侧重于冬季使用的太阳能热水系统：0α=φ+10（3）侧重于夏季使用的太阳能热水系统：0α=φ-10φ为集热器安装当地纬度。

注：东西向放置的全玻璃真空管集热器，其安装倾角可适当减小；水平热管集热器可水平安装。

3.1.1.4与建筑结合的太阳能集热器设置在坡屋面上、墙面上和阳台上时，由于集热器被安装在建筑围护结构表面上，其定位受建筑物本身朝向和条件的限制。

此时的处理方案有两种：（1）规划和建筑设计时，考虑使建筑物的朝向和坡屋面倾角符合太阳能集热器的安装要求；（2）当规划和建筑设计条件不允许造成偏离安装方位和倾角的要求时，需用增加集热器面积的方式进行补偿。

3.1.1.5安装在平屋面上集热器，建筑物的周围环境对安装方位和倾角产生限定条件时（如在合理的方位角范围内，产生阳光遮挡问题；或建筑物的朝向非正南，集热器考虑安装外观，按建筑走向进行布置造成朝向偏离等），也应进行面积的补偿。

3.1.1.6集热器面积补偿计算：当因条件限制，造成太阳能集热器的安装方位或安装倾角不合理，需要用增加集热器面积的方式来补偿。

具体步骤：根据项目所对应的地区选择近似等于太阳能集热器安装方位角和倾角所对应的补偿面积比(S R )，求得进行补偿后的太阳能集热器面积：S S B R A A /=B A — 进行面积补偿后实际确定的太阳能集热器面积，m 2； S A — 进行面积补偿前得出的太阳能集热器面积，m 2； S R —面积补偿比数值；3.1.2集热器排间距3.1.2.1集热器的遮挡分两类情况：一是集热器前方有建筑物或其他物体；另一类是平行安装的集热器阵列，前排对后排的遮挡； 3.1.2.2避免遮挡要求的集热器最小安装间距离：0cos γ⨯⨯=ctgh H D式中：D ——集热器离遮当物或集热器前后排间的最小距离；H ——遮光物最高点与集热器最低点间的垂直距离；h ——计算时刻的太阳高度角；0γ——计算时刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间的夹角。

))(),(m in(0γαγαγ-+=abs abs其中：α—计算时刻的太阳方位角； 上午取负值，下午取正值；γ—太阳能集热器的安装方位角；正南时γ=0；南偏西取正值，南偏西取负值；3.1.2.2计算时刻的选择：根据导则3.1.1.1的日照时间要求，计算时刻选择如下： （1）全年运行系统：选春分/秋分日的9:00或15：00；（2）主要在春、夏、秋三季运行的系统：选春分/秋分日的8：00或16：00； （3）主要在冬季运行的系统，选冬至日的10：00或14：00；3.1.3集热器阵列排布方案3.1.3.1集热器的连接组合方式太阳能集热器连接组合成为阵列的方式有三种：串联、并联和混联；（1）串联：一台集热器的出口与另一台集热器的入口相连，如图示例。

（2）并联：如图示例；（3）混联：若干集热器并联，各并联集热器组之间再串联，这种混联称为并串联；若干集热器串联，各串联集热器组之间再并联，这种混联称为串并联；说明：在工程设计中，一般情况下，真空管集热器阵列多采用串-并联（i、k）的联接方式；平板太阳能集热器多采用并联（d）及串-并联（f、j）两种联接方式。

3.1.3.2数量的要求（1）集热器组中集热器的连接应尽可能采用并联；（2）串联的集热器数量应尽可能少，真空管集热器串联时，集热器的联箱总长度不宜超过20m；（3）同一斜面上多层布置集热器采用串联方式（如j、k所示组内的连接）时，串联的总长度不宜超过6米；3.1.3.3集热器组的接管方式集热器组之间的连接方式分为同程连接与异程连接两种方式；太阳能集热器组之间的管路连接，设计时应注意如下问题：（1）为保证集热器组的水力平衡，各集热器组之间的连接推荐采用同程连接；（2）当不得不采用异程连接时，在每个集热器组的支路上应增加平衡阀，用以调节流量平衡；（3）当集热器组之间采用并联方式连接，各集热器组包含的集热器数量应相同，以保证平衡；当因条件限制造成集热器组之间数量相差较大时，应在集热器组支路上加装平衡阀，用以调节流量平衡。

3.2 太阳能集热器安装设计技术要求3.2.1坡屋面顺坡式太阳能集热器建筑一体化安装设计技术要求3.2.1.1集热器的布置设计根据选定的集热器类型及优化计算确定的太阳能集热器面积，确定集热器在屋面的安装阵列尺寸（长*宽）后，进行屋面集热器的布置设计。

在集热器的布置设计时，应综合考虑立面比例、系统的平面空间布局、施工条件等一系列因素进行位置的确定。

3.2.1.2坡屋面集热器的安装方式为使太阳集热器与建筑坡屋面有机结合，协调一致，坡屋面上设置的太阳能集热器宜选用顺坡架空布置及镶嵌式设置两种方式。

3.2.1.3顺坡架空布置（1）布置设计技术条件a、顺坡架空设置的太阳能集热器支架应与埋设在屋面板上的预埋件可靠牢固连接，能承受风荷载和雪荷载。

b、预埋件及连接部位应按建筑相关规范做好防水处理。

c、埋设在屋面结构上的预埋件应在主体结构施工时埋入，同时要与设置的太阳能集热器支架有相对应的准确位置。

d、在坡屋面架空设置的太阳能集热器，设计需充分考太阳能集热器与屋面结合处的排水处理，集热器的架空空间应保证雨水排放通畅，并且不影响集热器的质量安全。

（2）顺坡架空布置设计方案示意（3）顺坡架空布置设计工程图片（平板太阳能集热器）3.2.1.4镶嵌式布置（1）布置设计技术条件a、顺坡镶嵌在坡屋面上的太阳能集热器与周围的屋面材料结合、连接部位需做好建筑构造处理，关键部位可做加强防水处理，使连接部位在保持立面效果的前提下其防、排水功能得到充分保障；b、太阳能集热器顺坡镶嵌在屋面上，屋面整体保温、防水、排水应满足屋面的防护功能要求。

c、太阳能集热管路穿坡屋面时，应预埋相应的防水套管；（2）镶嵌式布置设计方案示意（平板太阳能集热器）a、集热器安装总图图坡屋面集热器嵌入式安装总图b、设计方案说明：●平板太阳能集热器阵列采用并联（单排）或串并联的方式（多排）；●平板太阳能集热器之间及集热器与屋面瓦之间采用结构性的防水设计方案。

集热器与屋面瓦之间设置排水板，起到防水、排水的功能；●集热器与集热器之间、集热器与排水板之间联接处设置橡胶密封条，以保证连接处防水的可靠性。

●排水板应有可靠的固定方案，以保证其运行使用；一般可采用设置内部支架的方式；安装时可将排水板支架采用铆接方式固定在集热器外边框上，再利用铆钉将排水板固定在排水板支架上。

●排水板之间应有足够的搭接量（宜100mm以上），搭接处需进行固定及密封处理，以保证太阳能集热器及集热器与屋面瓦的连接处达到可靠的结构防水功能。

（3）镶嵌式布置设计工程图片（平板太阳能集热器）3.2.2坡屋面支架式太阳能集热器建筑一体化安装设计技术要求3.2.3阳台栏板构件式太阳能集热器建筑一体化安装设计技术要求3.2.4阳台栏板支架式太阳能集热器建筑一体化安装设计技术要求3.2.5平屋面支架式太阳能集热器建筑一体化安装设计技术要求3.2.5.1安装设计技术要求(1)放置在平屋面上的太阳集热器应互不遮挡、有足够间距（包括安装维护的操作距离）的基础上，排列整齐有序。

(2)太阳集热器在平屋面上安装需通过支架或基座固定在屋面上。

建筑设计为此需计算设计屋顶预埋件，用来安装固定太阳集热器，使集热器与建筑锚固牢靠，在风、雪荷载等自然因素影响下不被损坏。

(3)固定太阳集热器的预埋件（基座或金属构件）应与建筑结构层相连，防水层需包到支座的上部，地脚螺栓周围要加强密封处理。

(4)平屋面上设置太阳集热器，屋顶应设有屋面上人设施，用做安装检修之用。

太阳集热器周围和检修通道，以及屋面上人孔与太阳集热器之间的人行通道应敷设保护层，可铺设水泥砖等用来保护屋面防水层。

(5)太阳集热器与贮水箱相连的管线需穿过屋面时，应预埋相应的防水套道，对其做防水构造处理，并在屋面防水层施工之前埋设安装完毕。

避免在已做好防水保温的屋面上凿孔打洞。

3.2.5.2设计方案示意3.3 集热器基础和支架设计技术要求3.3.1集热器的风荷载与屋面荷载计算 （1）风荷载对于非镶嵌式的太阳能集热器安装形式，需要进行风荷载的计算。

集热器或集热器阵列总体要承受的风荷载W 为：F kk W z 0ω=式中，F ——集热器或集热器阵列最高点的垂直面积，m2。

集热器南向布置，F 即为集热器北立面的面积。

0ω——基本风压，kg/m2；基本风压0ω是以一般空旷平坦地面，离地面10m 高，统计30年一遇10min 平均最大风还为标准。

在设计时，规定采用的基本风压应不小于25 kg/m2.z k ——风压高度变化系数（见表）k ——风载体型系数（一般取1.5）；20 1.25 1.18 80 1.84 1.5830 1.41 1.29（2）屋面荷载●自重：太阳能集热器本身的材料重量；●装载荷载：按实际情况考虑，如太阳能集热器的装载荷载需要考虑其容水重量、支架及基础的重量等。

3.3.2集热器基础3.3.3集热器支架3.3.3.1太阳能集热器的支架应与基础有良好的固定，3.3.3.2太阳能集热器支架的材料应选择3.4 辅助热源选用和安装技术要求3.4.1辅助热源的类型及选择3.4.1.1太阳能属于不稳定、低密度热源，因此无论是分户式热水还是集中热水供应均应设置辅助热源及其加热设施；3.4.1.2辅助热源可因地制宜选择热力管网、油、然气、电、热泵、生物质等； 3.4.1.3热源的经济性可以用其热价（单位发热量的价格）来评价。

热价计算：q C C a CC η'=式中，CC 为辅助能源热价，元/kJ ；'CC 为单位辅助能源价格；a η为辅助热源加热设备热效率；q 为单位辅助能源的热值；各种辅助能源的热价见表。

从上表可以看出，煤和热泵的热价最低，其次是天然气、煤气，电、柴油和液化石油气的热价较高。

3.4.1.4热源特点：燃煤锅炉启停时间长，出力调整较困难，较难实现自控或无人值守，且有环境污染问题；燃油、燃气锅炉控制方便，便于调节，可方便实现自控运行，但燃油的储存、燃气的输送都存在一定的困难，设备间需要满足消防要求；热泵使用费用低，控制方便，但设备初投资高，土壤源或水源热泵存在打井难度、水质影响等多重因素；空气源热泵在北方地区还应考虑冬季的运行效果问题；电加热设备安装简易，控制方便，但运行费用较高，大容量用电时电力增容会大大提高系统的整体投资。