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5，2 太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計5。2，1，本條是太陽能集熱器設(shè)置和定位的基本規(guī)定.1 太陽能集熱器采光面上能夠接收到的太陽光照會受到集熱器安裝方位和安裝傾角的影響、根據(jù)集熱器安裝地點的地理位置，對應(yīng)有一個可接收最多的全年太陽光照輻射熱量的最佳安裝方位和傾角范圍.該最佳范圍的方位是正南.或南偏東。偏西10、傾角為當(dāng)?shù)鼐暥龋?0 但該范圍太窄。對建筑規(guī)劃設(shè)計的限制過于嚴(yán)格，不利于太陽能供熱采暖的推廣應(yīng)用，為此，編制組利用Meteo,Norm,V4 0軟件進行了不同方位,傾角表面接收太陽光照的模擬計算,結(jié)果顯示、當(dāng)安裝方位偏離正南向的角度再擴大到南偏東,偏西20 時，適宜傾角集熱器表面接收的全年太陽光照輻射熱量只減少了不到5。所以。本條將推薦的集熱器最佳安裝方位擴大至正南.或南偏東,偏西20，傾角為當(dāng)?shù)鼐暥取?0.是因為太陽能供熱采暖系統(tǒng)的主要功能是冬季采暖 傾角適當(dāng)加大有利于提高冬季集熱器的太陽能得熱量 對于受實際條件限制、集熱器的朝向不可能在正南.或南偏東、偏西20、的朝向范圍內(nèi)、安裝傾角與當(dāng)?shù)鼐暥绕钶^大時 本條也給出了解決方法。即按本標(biāo)準(zhǔn)附錄B進行面積補償.合理增加集熱器面積 從而放寬了對應(yīng)用太陽能供熱釆暖系統(tǒng)建筑物朝向、屋面坡度的限制、使建筑師的設(shè)計有了更大的靈活性 同時又能保證太陽能供熱釆暖系統(tǒng)設(shè)計的合理性,在根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)附錄B進行面積補償時，應(yīng)針對不同的蓄熱系統(tǒng)。選用不同的表格,表B、0、2，1根據(jù)12月的太陽輻照計算、適用于短期蓄熱系統(tǒng),表B、0。2.2根據(jù)全年的太陽輻照計算，適用于季節(jié)蓄熱系統(tǒng)，2。如果系統(tǒng)中太陽能集熱器的位置設(shè)置不當(dāng),受到前方障礙物或前排集熱器的遮擋，不能保證太陽能集熱器釆光面上的太陽光照的話、系統(tǒng)的實際運行效果和經(jīng)濟性都會大受影響.所以、需要對放置在建筑外圍護結(jié)構(gòu)上太陽能集熱器釆光面上的日照時間作出規(guī)定,冬至日太陽高度角最低。接收太陽光照的條件最不利、規(guī)定此時集熱器釆光面上的日照時數(shù)不少于6h、是綜合考慮系統(tǒng)運行效果和圍護結(jié)構(gòu)實際條件而提出的.由于冬至前后在早上9點之前和下午3點之后的太陽高度角較低，對應(yīng)照射到集熱器采光面上的太陽輻照度也較低。即該時段系統(tǒng)能夠接收到的太陽能熱量較少,對系統(tǒng)全天運行的工作效果影響不大 如果增加對日照時數(shù)的要求.則安裝集熱器的屋面面積要加大、在很多情況下不可行，所以。取冬至日日照時間6h為最低要求.除了保證太陽能集熱器釆光面上有足夠的日照時間外。前、后排集熱器之間還應(yīng)留有足夠的間距，以便于施工安裝和維護操作,集熱器應(yīng)排列整齊有序.以免影響建筑立面的美觀，3,本款給出了某一時刻太陽能集熱器不被前方障礙物遮擋陽光的日照間距計算公式,公式中的計算時刻應(yīng)選冬至日 此時赤緯角δ 23，57。的10。00或14。00.公式中的角γ0和太陽方位角α及集熱器的方位角γ。集熱器表面法線在水平面上的投影線與正南方向線之間的夾角,偏東為負(fù),偏西為正,的關(guān)系如圖2所示 4、建筑物的主體結(jié)構(gòu)在伸縮縫、沉降縫、抗震縫等變形縫兩側(cè)會發(fā)生相對位移，太陽能集熱器如跨越建筑變形縫易受到破壞，5，2.2。太陽能是不穩(wěn)定熱源 為提高計算準(zhǔn)確度.實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 宜利用計算軟件 以提高太陽能釆暖效益為目標(biāo)。依據(jù)使用需求及系統(tǒng)的工作溫度 流量。壓力等參數(shù)，通過動態(tài)模擬計算.確定太陽能集熱器總面積，此外,本條還規(guī)定了在釆用簡化計算方法時確定太陽能集熱器總面積的計算公式,1.本款規(guī)定了短期蓄熱直接系統(tǒng)太陽能集熱器總面積的計算公式,一般情況下，太陽能集熱器的安裝傾角是在當(dāng)?shù)鼐暥取?0，的范圍內(nèi)，所以。公式中的JT可按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A選取 即表中的HLt，當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面12月的月平均日輻照量.2，本款規(guī)定了季節(jié)蓄熱直接系統(tǒng)太陽能集熱器總面積的計算公式、公式中的Ja可按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A選取。即表中的HLa，當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面年平均日輻照量、其原因是季節(jié)蓄熱系統(tǒng)可蓄存全年的太陽能得熱量用于冬季采暖.3,本款規(guī)定了間接系統(tǒng)太陽能集熱器總面積的計算方法,由于間接系統(tǒng)換熱器內(nèi)外需保持一定的換熱溫差、與直接系統(tǒng)相比。間接系統(tǒng)的集熱器工作溫度較高 使得集熱器效率稍有降低、所以。確定的間接系統(tǒng)集熱器面積要大于直接系統(tǒng)。其中的計算參數(shù)Ac用公式,5，2 2。1,計算得出。UL和Uhx可由生產(chǎn)企業(yè)提供的產(chǎn)品樣本或產(chǎn)品檢測報告得出、Ahx則用本標(biāo)準(zhǔn)附錄E給出的方法計算、5,2 3。管網(wǎng)水力平衡是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行、以及系統(tǒng)運行參數(shù)能夠滿足設(shè)計要求的重要前提。因此,在設(shè)計過程中 應(yīng)通過水力計算,合理確定管網(wǎng)的布置方式及管徑等關(guān)鍵參數(shù)。在必要時.可設(shè)置平衡閥等水力平衡裝置 特別是針對規(guī)模較大的系統(tǒng)。5,2。4.本條規(guī)定了單塊太陽能集熱器工質(zhì)設(shè)計流量的計算方法 在單塊太陽能集熱器工質(zhì)設(shè)計流量的計算公式中,計算參數(shù)A是單塊太陽能集熱器的總面積、而優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計流量的關(guān)鍵是要合理確定太陽能集熱器的單位面積流量，太陽能集熱器工質(zhì)的單位面積流量g與太陽能集熱器的特性和用途有關(guān).對應(yīng)集熱器本身的熱性能和不同的用途、單位面積流量g的取值是不同的 國外企業(yè)的普遍做法是根據(jù)其產(chǎn)品的不同用途。采暖、供熱水或加熱泳池等、委托相關(guān)的權(quán)威性檢測機構(gòu)給出與產(chǎn)品熱性能相對應(yīng),在不同用途運行工況下單位面積流量的合理選值.并列入企業(yè)產(chǎn)品樣本 供用戶使用，而我國企業(yè)目前對產(chǎn)品優(yōu)化和性能檢測的認(rèn)識水平還不高 大部分企業(yè)的產(chǎn)品都缺乏該項檢測數(shù)據(jù) 因此。在表5 2.4中給出了推薦值.該表是在參考。Solar,Heating,Systems。for,Houses,A.Design Handbook。for Solar Combisystems,等國外資料基礎(chǔ)上總結(jié)的推薦值 并依據(jù)我國產(chǎn)品的相關(guān)性能和各地的資源 氣候條件 通過模擬計算和實驗驗證給出的優(yōu)化值,5。2 5,太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計流量是影響系統(tǒng)熱性能和安全性的重要參數(shù),也是系統(tǒng)水泵或風(fēng)機選型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。集熱系統(tǒng)是由單塊太陽能集熱器通過串聯(lián)和并聯(lián)方式連接形成的若干陣列組成、而連接方式和每一陣列所包含的太陽能集熱器數(shù)量，面積 太陽能集熱器產(chǎn)品本身的熱性能,以瞬時效率方程，曲線表征,以及當(dāng)?shù)氐奶栞椪蘸蜌庀髼l件.則是合理選擇設(shè)計流量的關(guān)鍵影響因素，流量過大會增加水泵或風(fēng)機功耗、不利于節(jié)能.流量過小可能導(dǎo)致系統(tǒng)過熱，液體工質(zhì)汽化.造成安全隱患.因此，系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)綜合考慮上述因素 建立系統(tǒng)的熱平衡方程,以太陽能集熱系統(tǒng)的出口工質(zhì)溫度既符合設(shè)計要求.又不會造成液體工質(zhì)汽化。其他工質(zhì)過熱.為目標(biāo),通過計算確定 在有逐時太陽輻照和氣象數(shù)據(jù)的條件下 應(yīng)釆用TRNSYS等軟件進行動態(tài)模擬計算 以提高計算準(zhǔn)確度、5 2、6,本條規(guī)定了太陽能集熱系統(tǒng)中水泵.風(fēng)機等關(guān)鍵動力設(shè)備的選型原則和方法、由于在一定系統(tǒng)流量下.集熱器進出口兩端壓力降是選型的重要影響參數(shù)。所以要求設(shè)計單位應(yīng)依據(jù)企業(yè)提供的 集熱器兩端壓降與質(zhì)量流量的關(guān)系曲線.進行系統(tǒng)水力計算，該曲線應(yīng)由第三方權(quán)威質(zhì)檢機構(gòu)根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)檢測得出.從而使水泵等設(shè)備的選型更為合理、5。2。7、本條規(guī)定是為防止選擇水泵過大,提高輸配效率,耗電輸熱比應(yīng)按下式計算.EHR.0。003096Σ.GH.ηb。Q.A,B,αΣL、T.3.式中 EHR。太陽能集熱系統(tǒng)耗電輸熱比、G.每臺運行水泵的設(shè)計流量,m3,h.H 每臺運行水泵對應(yīng)的設(shè)計揚程,mH2O.ηb,每臺運行水泵對應(yīng)的設(shè)計工作點效率，Q.太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計負(fù)荷 kW,T、集熱系統(tǒng)進,出口設(shè)計溫差 按設(shè)計要求選取。A.與水泵流量有關(guān)的計算系數(shù).當(dāng)設(shè)計水泵流量G 60m3。h時，A.0。004225，當(dāng)60m3h.G.200m3，h.時 A、0。003858.當(dāng)G,200m3、h時,A,0,003749。B,與機房及系統(tǒng)阻力有關(guān)的計算系數(shù),一級泵系統(tǒng)時B,20，4 二級泵系統(tǒng)時B,24、4。ΣL、集熱系統(tǒng)循環(huán)管道的總長度 m。α，ΣL與有關(guān)的計算系數(shù) 當(dāng)ΣL 400m時,α,0，0115,當(dāng)400m ΣL、1000m時,α，0.003833,3。067.ΣL。當(dāng)ΣL。1000m時 α,0,0069、計算公式系參考國家標(biāo)準(zhǔn)。民用建筑供暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范，GB，50736 2012第8。11 13條.其中,系數(shù)A是反映水泵效率影響的參數(shù).B是反映除管道之外的設(shè)備阻力系數(shù)。α是反映系統(tǒng)管道長度的阻力系數(shù) 考慮到太陽能集熱器系統(tǒng)的部件特性，同時參考國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，GB、50189，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).JGJ,26，確定本條計算系數(shù),5。2。8,本條規(guī)定了太陽能集熱系統(tǒng)運行自動控制的基本設(shè)計原則、根據(jù)集熱系統(tǒng)工質(zhì)出口和貯熱裝置底部介質(zhì)的溫差，控制太陽能集熱系統(tǒng)的運行循環(huán),是最常使用的系統(tǒng)運行控制方式。其依據(jù)的原理是，只有當(dāng)集熱系統(tǒng)工質(zhì)出口溫度高于貯熱裝置底部溫度 貯熱裝置底部的工作介質(zhì)通過管路被送回集熱系統(tǒng)重新加熱.該溫度可視為是返回集熱系統(tǒng)的工質(zhì)溫度。時.工作介質(zhì)才可能在集熱系統(tǒng)中獲取有用熱量 否則.由于太陽輻照過低。工質(zhì)不能通過集熱系統(tǒng)得到熱量.如果此時系統(tǒng)仍然繼續(xù)循環(huán)工作，則可能發(fā)生工質(zhì)反而通過集熱系統(tǒng)散熱,使貯熱裝置內(nèi)的工質(zhì)溫度降低 溫差循環(huán)的運行控制方式是，在集熱系統(tǒng)工質(zhì)出口和貯熱裝置底部分別設(shè)置溫度傳感器S1和S2，當(dāng)二者溫差大于設(shè)定值時、通過控制器啟動循環(huán)泵或風(fēng)機。系統(tǒng)運行、將熱量從集熱系統(tǒng)傳輸?shù)劫A熱裝置.當(dāng)二者溫差小于設(shè)定值時。循環(huán)泵或風(fēng)機關(guān)閉、系統(tǒng)停止運行、太陽能的特點之一是其不穩(wěn)定性 太陽能集熱崩采光面上接收的太陽輻照度隨天氣條件不同而發(fā)生變化、所以在投資條件許可時.提倡釆用自動控制變流量運行太陽能集熱系統(tǒng) 以提高系統(tǒng)穩(wěn)定運行的安全性.可靠性和整體節(jié)能效益 變流量運行能夠保證系統(tǒng)運行的安全.穩(wěn)定和可靠 同時提高系統(tǒng)的節(jié)能效益。尤其是針對大、中型季節(jié)蓄熱太陽能集熱系統(tǒng)，釆用變流量運行更為適宜,因為季節(jié)蓄熱太陽能集熱系統(tǒng)的規(guī)模較大.從發(fā)達國家該類大型系統(tǒng)得出的經(jīng)驗是。如果僅靠溫差循環(huán)定流量運行,可能達不到設(shè)計要求,還極易造成系統(tǒng)過熱等安全隱患 太陽能集熱系統(tǒng)變流量運行自動控制的基本措施及具體的控制方式為。根據(jù)太陽輻照條件的變化直接改變系統(tǒng)流量，或因太陽輻照不同引起的集熱系統(tǒng)出口溫度變化間接改變系統(tǒng)流量、從而實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。5,2 9，本條規(guī)定了太陽能集熱系統(tǒng)防凍設(shè)計的要求和防凍措施的選擇,1,本條給出了太陽能集熱系統(tǒng)可采用的防凍措施類型和根據(jù)集熱系統(tǒng)類型.使用地區(qū)選擇防凍措施的參照選擇表，防凍措施包括,排空系統(tǒng)，排回系統(tǒng)。防凍液系統(tǒng)。循環(huán)防凍系統(tǒng)。嚴(yán)寒地區(qū)的防凍要求高.所以只能使用間接式太陽能集熱系統(tǒng)和嚴(yán)格的防凍措施，排回系統(tǒng)和防凍液系統(tǒng),鑒于我國目前的消費水平和投資能力較低 表5，2,9中將直接式太陽能集熱系統(tǒng)和相應(yīng)的排空和循環(huán)防凍系統(tǒng)列入了寒冷地區(qū)的推薦項 但如果從嚴(yán)要求 僅寒冷地區(qū)中冬季環(huán)境溫度相對較高。如山東。河北南部、河南等省區(qū)、可以使用直接式太陽能集熱系統(tǒng)和相應(yīng)的排空和循環(huán)防凍系統(tǒng)、投資條件許可時、寒冷地區(qū)仍應(yīng)優(yōu)先選用間接式太陽能集熱系統(tǒng)和相應(yīng)的防凍措施。2、為保證太陽能集熱系統(tǒng)的防凍措施能正常工作,規(guī)定防凍系統(tǒng)應(yīng)釆用自動控制運行、5。2、10 為保證太陽能供熱釆暖系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，當(dāng)太陽輻照較差、通過太陽能集熱系統(tǒng)的工作介質(zhì)不能獲取相應(yīng)的有用熱量 使工質(zhì)溫度達到設(shè)計要求時,輔助熱源加熱設(shè)備應(yīng)啟動工作、而太陽輻照較好.工質(zhì)通過太陽能集熱系統(tǒng)可以被加熱到設(shè)計溫度時，輔助熱源加熱設(shè)備應(yīng)立即停止工作。以實現(xiàn)優(yōu)先使用太陽能、提高系統(tǒng)的太陽能保證率 所以.應(yīng)釆用定溫。工質(zhì)溫度是否達到設(shè)計溫度、自動控制,來完成太陽能集熱系統(tǒng)和輔助熱源加熱設(shè)備的相互切換、5 2,11.本條規(guī)定了以水為工質(zhì)系統(tǒng)防凍控制的基本設(shè)計原則。1.使用水為工作介質(zhì)的直接和間接式太陽能集熱系統(tǒng)、常釆用排空和排回措施 將全部工作介質(zhì)排空或從安裝在室外的太陽能集熱系統(tǒng)排至設(shè)于室內(nèi)的貯水箱內(nèi) 以防止凍結(jié)現(xiàn)象,所以、當(dāng)水溫降低到某一定值一一防凍執(zhí)行溫度時。就應(yīng)通過自動控制啟動排空和排回措施。防止水溫繼續(xù)下降至0。產(chǎn)生凍結(jié)、影響系統(tǒng)安全,防凍執(zhí)行溫度的范圍通常取3.5 視當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和系統(tǒng)大小確定具體取值，氣溫偏低地區(qū)取高值，反之取低值,2、系統(tǒng)循環(huán)防凍的技術(shù)相對簡便。是目前較常使用的防凍措施、但因系統(tǒng)循環(huán)會有水泵能耗、設(shè)計時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件作經(jīng)濟分析，考慮是否釆用.如水泵運行時間過長或頻繁啟停、則不適用.5，2。12，本條規(guī)定了系統(tǒng)防過熱控制的基本設(shè)計原則 貯熱水箱中的水一般是直接供給釆暖末端系統(tǒng)或熱水用戶的、所以.防過熱措施應(yīng)更嚴(yán)格、過熱防護系統(tǒng)的工作思路是,當(dāng)發(fā)生水箱過熱時。不允許集熱系統(tǒng)采集的熱量再進入水箱,避免供給末端系統(tǒng)或用戶的水過熱。此時多余的熱量由集熱系統(tǒng)承擔(dān)。當(dāng)集熱系統(tǒng)也發(fā)生過熱時，由于集熱系統(tǒng)安裝在戶外 因集熱系統(tǒng)中的工質(zhì)沸騰造成人身傷害的危險稍小、而且容易釆取其他措施散熱，因此，水箱防過熱執(zhí)行溫度的設(shè)定更嚴(yán)格。應(yīng)設(shè)在80,以內(nèi).水箱頂部溫度最高、防過熱溫度傳感器應(yīng)設(shè)置在貯熱水箱頂部。而集熱系統(tǒng)中的防過熱執(zhí)行參數(shù)則根據(jù)系統(tǒng)的常規(guī)工作壓力.以及可能因設(shè)備故障而產(chǎn)生的非正常運行狀態(tài) 設(shè)定一個合理范圍，當(dāng)參數(shù)超過了安全上限 可能發(fā)生危險時,用開啟安全閥泄壓的方式保證安全、5，2 13、本條是強制性條文 目的是保障人民生命財產(chǎn)安全和工程安全 當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)過熱安全閥需開啟時，系統(tǒng)中的高溫水或蒸汽會通過安全閥外泄.安全閥的設(shè)置位置不當(dāng) 或沒有配備相應(yīng)措施，有可能會危及周圍人員的人身安全。應(yīng)在設(shè)計時著重考慮.例如、可將安全閥設(shè)置在已引入設(shè)備機房的系統(tǒng)管路上 并通過管路將外泄高溫水或蒸汽排至機房地漏,安全閥只能在室外系統(tǒng)管路上設(shè)置時，通過管路將外泄高溫水或蒸汽排至就近的雨水口等、如果安全閥的開啟壓力大于系統(tǒng)可耐受最高工作溫度對應(yīng)的飽和蒸汽壓力。系統(tǒng)可能會因工作壓力過高受到破壞,而開啟壓力小于系統(tǒng)可耐受最高工作溫度對應(yīng)的飽和蒸汽壓力、則會使本來仍可正常運行的系統(tǒng)停止工作、所以，安全閥的開啟壓力應(yīng)與系統(tǒng)可耐受的最高工作溫度對應(yīng)的飽和蒸汽壓力一致，既保證系統(tǒng)的安全性。又保證系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運行,