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3 太阳能供热采暖系统设计
3．1 一般规定
3．1．1 太阳能供热采暖系统类型的选择，应根据所在地区气候、太阳能资源条件、建筑物类型、建筑物使用功能、业主要求、投资规模、安装条件等因素综合确定。
3．1．2 太阳能供热采暖系统设计应充分考虑施工安装、操作使用、运行管理、部件更换和维护等要求，做到安全、可靠、适用、经济、美观。
3．1．3 太阳能供热采暖系统应根据不同地区和使用条件采取防冻、防结露、防过热、防雷、防雹、抗风、抗震和保证电气安全等技术措施。
3．1．4 太阳能供热采暖系统应设置其他能源辅助加热／换热设备，做到因地制宜、经济适用。
3．1．5 太阳能供热采暖系统中的太阳能集热器的性能应符合现行国家标准《平板型太阳能集热器》GB／T 6424和《真空管型太阳能集热器》GB／T 17581的规定，正常使用寿命不应少于10年。其余组成设备和部件的质量应符合国家相关产品标准的规定。
3．1．6 在太阳能供热采暖系统中，宜设置能耗计量装置。
3．1．7 太阳能供热采暖系统设计完成后，应进行系统节能、环保效益预评估。
3．3 供热采暖系统负荷计算
3．3．1 对采暖热负荷和生活热水负荷分别进行计算后，应选两者中较大的负荷确定为太阳能供热采暖系统的设计负荷，太阳能供热采暖系统的设计负荷应由太阳能集热系统和其他能源辅助加热／换热设备共同负担。
3．3．2 太阳能集热系统负担的采暖热负荷是在计算采暖期室外平均气温条件下的建筑物耗热量。建筑物耗热量、围护结构传热耗热量、空气渗透耗热量的计算应符合下列规定：
1 建筑物耗热量应按下式计算：
式中 QH——建筑物耗热量，W；
QHT——通过围护结构的传热耗热量，W；
QINF——空气渗透耗热量，W；
QIH——建筑物内部得热量(包括照明、电器、炊事和人体散热等)，W。
2 通过围护结构的传热耗热量应按下式计算：
式中 QHT——通过围护结构的传热耗热量，W；
ti——室内空气计算温度，按《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019中的规定范围的低限选取，℃；
te——采暖期室外平均温度，℃；
ε——各个围护结构传热系数的修正系数，参照相关的建筑节能设计行业标准选取；
K——各个围护结构的传热系数，W／(㎡·℃)；
F——各个围护结构的面积，㎡。
3 空气渗透耗热量应按下式计算：
式中 QINF——空气渗透耗热量，W；
cP——空气比热容，取0．28W·h／(kg·℃)；
ρ——空气密度，取te条件下的值，kg／m3；
N——换气次数，次／h；
V——换气体积，m3／次。
3．3．3 其他能源辅助加热／换热设备负担在采暖室外计算温度条件下建筑物采暖热负荷的计算应符合下列规定：
1 采暖热负荷应按现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019中的规定计算。
2 在标准规定可不设置集中采暖的地区或建筑，宜根据当地的实际情况，适当降低室内空气计算温度。
3．3．4 太阳能集热系统负担的热水供应负荷为建筑物的生活热水日平均耗热量。热水日平均耗热量应按下式计算：
式中 QW——生活热水日平均耗热量，W；
m——用水计算单位数，人数或床位数；
qr——热水用水定额，根据《建筑给水排水设计规范》GB 50015规定，按热水最高日用水定额的下限取值，L／(人·d)或L／(床·d)；
cW——水的比热容，取4187J／(kg·℃)；
ρW——热水密度，kg／L；
tr——设计热水温度，℃；
tl——设计冷水温度，℃。
3．4 太阳能集热系统设计
3．4．1 太阳能集热系统设计应符合下列基本规定：
1 建筑物上安装太阳能集热系统，严禁降低相邻建筑的日照标准。
2 直接式太阳能集热系统宜在冬季环境温度较高，防冻要求不严格的地区使用；冬季环境温度较低的地区，宜采用间接式太阳能集热系统。
3 太阳能集热系统管道应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材。可采用铜管、不锈钢管、塑料和金属复合热水管等。
3．4．2 太阳能集热器的设置应符合下列规定：
1 太阳能集热器宜朝向正南，或南偏东、偏西30°的朝向范围内设置；安装倾角宜选择在当地纬度—10°～＋20°的范围内；当受实际条件限制时，应按附录A进行面积补偿，合理增加集热器面积，并应进行经济效益分析。
2 放置在建筑外围护结构上的太阳能集热器，在冬至日集热器采光面上的日照时数应不少于4h。前、后排集热器之间应留有安装、维护操作的足够间距，排列应整齐有序。
3 某一时刻太阳能集热器不被前方障碍物遮挡阳光的日照间距应按下式计算：
式中 D——日照间距，m；
H——前方障碍物的高度，m；
h——计算时刻的太阳高度角，°；
γ0——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，°。
4 太阳能集热器不得跨越建筑变形缝设置。
3．4．3 确定太阳能集热器总面积应符合下列规定：
1 直接系统集热器总面积应按下式计算：
式中 AC——直接系统集热器总面积，㎡；
QH——建筑物耗热量，W；
JT——当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量，J／(㎡·d)，按附录B选取；
f——太阳能保证率，％，按附录B选取；
ηcd——基于总面积的集热器平均集热效率，％，按附录C方法计算；
ηL——管路及贮热装置热损失率，％，按附录D方法计算。
2 间接系统集热器总面积应按下式计算：
式中 AIN——间接系统集热器总面积，㎡；
AC——直接系统集热器总面积，㎡；
UL——集热器总热损系数，W／(㎡·℃)，测试得出；
Uhx——换热器传热系数，W／(㎡·℃)，查产品样本得出；
Ahx——间接系统换热器换热面积，㎡，按附录E方法计算。
3．4．4 太阳能集热系统的设计流量应按下列公式和推荐的参数计算。
1 太阳能集热系统的设计流量应按下式计算：
式中 GS——太阳能集热系统的设计流量，m3／h；
g——太阳能集热器的单位面积流量，m3／(h·㎡)；
A——太阳能集热器的采光面积，㎡。
2 太阳能集热器的单位面积流量应根据太阳能集热器生产企业给出的数值确定。在没有企业提供相关技术参数的情况下，根据不同的系统，宜按表3．4．4给出的范围取值。
表3．4．4 太阳能集热器的单位面积流量
3．4．5 太阳能集热系统宜采用自动控制变流量运行。
3．4．6 太阳能集热系统的防冻设计应符合下列规定：
1 在冬季室外环境温度可能低于0℃的地区，应进行太阳能集热系统的防冻设计。
2 太阳能集热系统可采用的防冻措施宜根据集热系统类型、使用地区参照表3．4．6选择。
表3．4．6 太阳能集热系统的防冻设计选型
注：表中“●”为可选用项。
3 太阳能集热系统的防冻措施应采用自动控制运行工作。
5 太阳能供热采暖工程的调试、验收与效益评估
5．1 一般规定
5．1．1 太阳能供热采暖工程安装完毕投入使用前，应进行系统调试。系统调试应在竣工验收阶段进行；不具备使用条件时，经建设单位同意，可延期进行。
5．1．2 系统调试应包括设备单机、部件调试和系统联动调试。系统联动调试应按照实际运行工况进行，联动调试完成后，应进行连续3天试运行。
5．1．3 太阳能供热采暖系统工程的验收应分为分项工程验收和竣工验收。分项工程验收应由监理工程师(建设单位技术负责人)组织施工单位项目专业质量(技术)负责人等进行；竣工验收应由建设单位(项目)负责人组织施工单位、设计、监理等单位(项目)负责人进行。
5．1．4 分项工程验收宜根据工程施工特点分期进行，对于影响工程安全和系统性能的工序，必须在本工序验收合格后才能进入下一道工序的施工。
5．1．5 竣工验收应在工程移交用户前，分项工程验收合格后进行；竣工验收应提交下列验收资料：
1 设计变更证明文件和竣工图；
2 主要材料、设备、成品、半成品、仪表的出厂合格证明或检验资料；
3 屋面防水检漏记录；
4 隐蔽工程验收记录和中间验收记录；
5 系统水压试验记录；
6 系统生活热水水质检验记录；
7 系统调试及试运行记录；
8 系统热工性能检验记录。
5．1．6 太阳能供热采暖工程施工质量的保修期限，自竣工验收合格日起计算为二个采暖期。在保修期内发生施工质量问题的，施工企业应履行保修职责，责任方承担相应的经济责任。
附录A 不同地区太阳能集热器的补偿面积比
A．0．1 太阳能集热器的面积补偿应按下式计算：
式中 AB——进行面积补偿后实际确定的太阳能集热器面积；
AC——按集热器方位正南，倾角为当地纬度，用本规范式(3．4．3-1)、式(3．4．3-2)计算得出的太阳能集热器面积；
RS——太阳能集热器补偿面积比。
A．0．2 代表城市的太阳能集热器补偿面积比RS可选用表A．0．2-1和表A．0．2-2中的对应值，表A．0．2-1适用于短期蓄热系统，表A．0．2-2适用于季节蓄热系统。表中未列入的城市，可选用与该表中距离最近，而且纬度最接近的城市的RS对应值。
表A．0．2-1 代表城市的太阳能集热器补偿面积比RS(适用于短期蓄热系统)
表A．0．2-2 代表城市的太阳能集热器补偿面积比RS(适用于季节蓄热系统)
附录C 太阳能集热器平均集热效率计算方法
C．0．1 太阳能集热器的集热效率应根据选用产品的实际测试效率公式(C．0．1-1)或(C．0．1-2)进行计算。
式中 η——以T*为参考的集热器热效率，％；
η0——T*＝0时的集热器热效率，％；
U——以T*为参考的集热器总热损系数，W／(㎡·K)；
T*——归一化温差，(㎡·K)／W。
式中 a1——以T*为参考的常数；
a2——以T*为参考的常数；
G——总太阳辐照度，W／㎡。
式中 ti——集热器工质进口温度，℃；
ta——环境温度，℃。
C．0．2 短期蓄热太阳能供热采暖系统计算太阳能集热器集热效率时，归一化温差计算的参数选择应符合下列原则：
1 直接系统的ti取供暖系统的回水温度，间接系统的ti等于供暖系统的回水温度加换热器的换热温差。
2 ta取当地12月的月平均室外环境空气温度。
3 总太阳辐照度G应按下式计算。
式中 Hd——当地12月集热器采光面上的太阳总辐射月平均日辐照量，kJ／(㎡·d)；
Sd——当地12月的月平均每日的日照小时数，h。
C．0．3 季节蓄热太阳能供热采暖系统计算太阳能集热器集热效率时，归一化温差计算的参数选择应符合下列原则：
1 直接系统的ti取供暖系统的回水温度，间接系统的ti等于供暖系统的回水温度加换热器的换热温差。
2 ta取当地的年平均室外环境空气温度。
3 总太阳辐照度G应按下式计算。
式中 Hy——当地集热器采光面上的太阳总辐射年平均日辐照量，kJ／(㎡·d)；
Sy——当地的年平均每日的日照小时数，h。
附录D 太阳能集热系统管路、水箱热损失率计算方法
D．0．1 管路、水箱热损失率ηL可按经验取值估算，ηL的推荐取值范围为：
短期蓄热太阳能供热采暖系统：10％～20％
季节蓄热太阳能供热采暖系统：10％～15％
D．0．2 需要准确计算时，可按D．0．3～D．0．5条给出的公式迭代计算。
D．0．3 太阳能集热系统管路单位表面积的热损失可按下式计算：
式中 ql——管路单位表面积的热损失，W／㎡；
Di——管道保温层内径，m；
D0——管道保温层外径，m；
ta——保温结构周围环境的空气温度，℃；
t——设备及管道外壁温度，金属管道及设备通常可取介质温度，℃；
a0——表面放热系数，W／(㎡·℃)；
λ——保温材料的导热系数，W／(m·℃)。
D．0．4 贮水箱单位表面积的热损失可按下式计算：
式中 q——贮水箱单位表面积的热损失，W／㎡；
δ——保温层厚度，m；
λ——保温材料导热系数，W／(m·℃)；
a——表面放热系数，W／(㎡·℃)。
对于圆形水箱保温：
D．0．5 管路及贮水箱热损失率ηL可按下式计算：
式中 A1——管路表面积，㎡；
A2——贮水箱表面积，㎡；
AC——系统集热器总面积；
G——集热器采光面上的总太阳辐照度，W／㎡；
ηcd——基于总面积的集热器平均集热效率，％，按附录C方法计算。
附录E 间接系统热交换器换热面积计算方法
E．0．1 间接系统热交换器换热面积可按下式计算：
式中 Ahx——间接系统热交换器换热面积，㎡；
ηL——贮热水箱到热交换器的管路热损失率，一般可取0．02～0．05：
Qhx——热交换器换热量，kW；
ε——结垢影响系数，0．6～0．8；
Uhx——热交换器传热系数，按热交换器技术参数确定；
△tj——传热温差，宜取5～10℃，集热器热性能好，温差取高值，否则取低值。
E．0．2 热交换器换热量可按下式计算：
式中 Qhx——热交换器换热量，kW；
k——太阳辐照度时变系数，取1．5～1．8，取高限对太阳能利用有利，但会增加造价；
f——太阳能保证率，％，按附录B选取；
Q——太阳能供热采暖系统负担的采暖季平均日供热量，kJ；
Sy——当地的年平均每日的日照小时数，h。
E．0．3 太阳能供热采暖系统负担的采暖季平均日供热量可按下式计算：
式中 Q——太阳能供热采暖系统负担的采暖季平均日供热量，kJ；
QH——建筑物耗热量，kW。
附录F 太阳能供热采暖系统效益评估计算公式
F．0．1 太阳能供热采暖系统的年节能量可按下式计算：
式中 △Qsave——太阳能供热采暖系统的年节能量，MJ；
Ac——系统的太阳能集热器面积，㎡；
JT——太阳能集热器采光表面上的年总太阳辐照量，MJ／㎡；
ηcd——太阳能集热器的年平均集热效率，％；
ηc——管路、水泵、水箱和季节蓄热装置的热损失率。
F．0．2 太阳能供热采暖系统寿命期内的总节能费可按下式计算：
式中 SAV——系统寿命期内的总节能费用，元；
PI——折现系数；
Cc——系统评估当年的常规能源热价，元／MJ；
A——太阳能热水系统总增投资，元；
DJ——每年用于与太阳能供热采暖系统有关的维修费用，包括太阳集热器维护，集热系统管道维护和保温等费用占总增投资的百分率；一般取1％。
F．0．3 折现系数PI可按下式计算：
式中 d——年市场折现率，可取银行贷款利率；
e——年燃料价格上涨率；
n——分析节省费用的年限，从系统开始运行算起，取集热系统寿命(一般为10～15年)。
F．0．4 系统评估当年的常规能源热价Cc可按下式计算：
式中 C′c——系统评估当年的常规能源价格，元／kg；
q——常规能源的热值，MJ／kg；
Eff——常规能源水加热装置的效率，％。
F．0．5 太阳能供热采暖系统的费效比可按下式计算：
式中 B——系统费效比，元／kWh。
F．0．6 太阳能供热采暖系统的二氧化碳减排量可按下式计算：
式中 Qco2——系统寿命期内二氧化碳减排量，kg；
W——标准煤热值，29．308M．1／kg；
Fco2——二氧化碳排放因子，按表F．0．6取值。
表F．0．6 二氧化碳排放因子
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