陽臺壁掛太陽能熱水系統優化設計與選用

【摘要】本文主要介紹了陽臺壁掛太陽能熱水系統及集熱器方面的設計和選用，其中包括采光面積容積比選用、陽臺集熱器采光面積的補償計算、陽臺集熱器上下不遮光時最佳傾角的計算與選用。

【關鍵詞】太陽能；熱水系統；補償計算

前言

當今，全世界面臨化石能源日漸短缺和環境惡化日趨嚴重的問題，太陽能做為可再生清潔能源，得到了世界各國的高度關注并開發利用。隨著，國家城市建設的快速發展，以及大部分省份制訂太陽能 “強裝令”政策，給太陽能在中高層住宅的應用推廣帶來了機遇。陽臺壁掛式太陽能熱水系統由于承壓出水使用舒適性等特點快速占領了多層住宅市場，但由于地理緯度、產品配置、建筑美觀、安裝位置等問題，造成產品實際使用效果并不理想。

1、中國太陽能資源分布劃分

地區

類型年日照時數（h/a）年輻射總量（MJ/m2·a）包括的主要地區每100L集熱器面積（㎡）備注

一類3200-3300≥6700西藏北及大部分，新疆南部，甘肅西部、西北一角，青海南、西、西南，內蒙古烏蘭察布盟、巴彥卓爾盟、伊克昭盟一部分1.2太陽能資源最豐富地區

二類3000-32005400-6700新疆北及大部分，內蒙伊克昭盟大部分，寧夏，內蒙呼倫貝爾盟、陜北、甘肅東部，內蒙錫林郭勒盟、烏蘭察布盟、河北、山西北部，遼寧部分，云南北一部分，北京、天津、山東西北部，青海東，甘肅、 四川南，西藏東，廣東、福建沿海一帶，海南省1.4較豐富地區

三類2200-30004200-5400河南、黑龍江、吉林、廣西大部分，安微、山東部分，山西南，長白山、遼寧地區，湖南、安微、江蘇、浙江、江西、福建及廣東的東南北大部分1.6中等地區

四類1400-2000 貴州、廣西、河南、四川、湖北、湖南西部，廣西北，陜西南，云南1.8較差地區

五類1000-1400≤4200四川、貴州大部分地區2.0最差地區

2、陽臺壁掛太陽能熱水系統單位采光面積容積比的確定

太陽能資源條件直接加熱系統——單位采光面積容積比參考值（L/㎡）間接加熱系統——單位采光面積容積比參考值（L/㎡）

一類（最豐富地區）8070

二類（較豐富地區）7060

三類（中等地區）6050

四類（較差地區）5545

五類（最差地區）5040

3、陽臺壁掛集熱器采光面積的補償確定

3.1 集熱器采光面積補償計算

當集熱器方位角偏離正南和傾角不等于當地緯度時，集熱器面積應按式1計算：

A b=A/R（1）

A b—補償后集熱器采光面積；

A—補償前集熱器采光面積；

R—對應集熱器安裝傾角、方位角時采光面積補償比；

4、陽臺壁掛太陽能熱水系統集熱器參數的確定

4.1 陽臺集熱器水平傾角計算

按全年使用時冬至日太陽高度角垂直入射時進行設計，太陽高度角應按式2計算：

β=90°-（Φ +δ）（2）

β—太陽高度角；

Φ—地理緯度；

δ—太陽赤緯角，北半球取23.45°；

陽臺集熱器最佳水平傾角S按式3計算：

S=Φ+23.45°（3）

4.2 陽臺集熱器不同緯度水平傾角的選用

以高層住宅建筑為例介紹。現在城市高層住宅樓房層高一般在2.8～3.0米之間，考慮冬季用熱量較大，陽臺集熱器水平傾角應按式3計算為最佳，但因層高的局限會造成不同季節上下層之間出現遮光現象，所以還需對集熱器傾角進行適當的優化調整。下面列出不同地理緯度帶地區，適合安裝陽臺集熱器傾角的選用值（緯度小于28°的地區不適合高層安裝陽臺集熱器）。

如圖1，北緯28°地區，陽臺集熱器最佳安裝角為52°，當設計板寬700～800㎜時，因季節變化上下有遮擋，當傾角調整到（75°）時才基本全年無遮擋。建議板寬設計最大不要超過800㎜。

如圖2，緯度32°地區，陽臺集熱器最佳安裝角為56°，三種寬度的板子上下還是都有遮擋，其傾角可調整到板寬800㎜（65°）、板寬900㎜（65-70°）、板寬1000㎜（70-75°）。為了保證溫升效果，此緯度建議板寬設計最好不要超過850㎜。

如圖3，緯度36°地區，陽臺集熱器最佳安裝角為60°，其傾角可調整到板寬800㎜（60°）、板寬900㎜（65°）、板寬1000㎜（65°-70°）。此緯度帶板寬1000㎜（65°）時，只有極小部分遮擋。

如圖4，緯度40°地區，陽臺集熱器最佳安裝角為64°，板寬800～1000㎜時，傾角可調整到65°，此緯度帶三種板寬已全無遮擋。

5、結論

（1）陽臺壁掛太陽能熱水系統采用不同換熱形式時，采光面積容積比的設計推薦值。

（2）陽臺集熱器當在不同方位角和設計傾角時，采光面積的補償計算。

（3）陽臺集熱器不同緯度水平傾角的選用。