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3 太陽能供熱采暖系統(tǒng)設計
3．1 一般規(guī)定
3．1．1 太陽能供熱采暖系統(tǒng)類型的選擇，應根據所在地區(qū)氣候、太陽能資源條件、建筑物類型、建筑物使用功能、業(yè)主要求、投資規(guī)模、安裝條件等因素綜合確定。
3．1．2 太陽能供熱采暖系統(tǒng)設計應充分考慮施工安裝、操作使用、運行管理、部件更換和維護等要求，做到安全、可靠、適用、經濟、美觀。
3．1．3 太陽能供熱采暖系統(tǒng)應根據不同地區(qū)和使用條件采取防凍、防結露、防過熱、防雷、防雹、抗風、抗震和保證電氣安全等技術措施。
3．1．4 太陽能供熱采暖系統(tǒng)應設置其他能源輔助加熱／換熱設備，做到因地制宜、經濟適用。
3．1．5 太陽能供熱采暖系統(tǒng)中的太陽能集熱器的性能應符合現行國家標準《平板型太陽能集熱器》GB／T 6424和《真空管型太陽能集熱器》GB／T 17581的規(guī)定，正常使用壽命不應少于10年。其余組成設備和部件的質量應符合國家相關產品標準的規(guī)定。
3．1．6 在太陽能供熱采暖系統(tǒng)中，宜設置能耗計量裝置。
3．1．7 太陽能供熱采暖系統(tǒng)設計完成后，應進行系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保效益預評估。
3．3 供熱采暖系統(tǒng)負荷計算
3．3．1 對采暖熱負荷和生活熱水負荷分別進行計算后，應選兩者中較大的負荷確定為太陽能供熱采暖系統(tǒng)的設計負荷，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的設計負荷應由太陽能集熱系統(tǒng)和其他能源輔助加熱／換熱設備共同負擔。
3．3．2 太陽能集熱系統(tǒng)負擔的采暖熱負荷是在計算采暖期室外平均氣溫條件下的建筑物耗熱量。建筑物耗熱量、圍護結構傳熱耗熱量、空氣滲透耗熱量的計算應符合下列規(guī)定：
1 建筑物耗熱量應按下式計算：
式中 QH——建筑物耗熱量，W；
QHT——通過圍護結構的傳熱耗熱量，W；
QINF——空氣滲透耗熱量，W；
QIH——建筑物內部得熱量(包括照明、電器、炊事和人體散熱等)，W。
2 通過圍護結構的傳熱耗熱量應按下式計算：
式中 QHT——通過圍護結構的傳熱耗熱量，W；
ti——室內空氣計算溫度，按《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB 50019中的規(guī)定范圍的低限選取，℃；
te——采暖期室外平均溫度，℃；
ε——各個圍護結構傳熱系數的修正系數，參照相關的建筑節(jié)能設計行業(yè)標準選?。?br/> K——各個圍護結構的傳熱系數，W／(㎡·℃)；
F——各個圍護結構的面積，㎡。
3 空氣滲透耗熱量應按下式計算：
式中 QINF——空氣滲透耗熱量，W；
cP——空氣比熱容，取0．28W·h／(kg·℃)；
ρ——空氣密度，取te條件下的值，kg／m3；
N——換氣次數，次／h；
V——換氣體積，m3／次。
3．3．3 其他能源輔助加熱／換熱設備負擔在采暖室外計算溫度條件下建筑物采暖熱負荷的計算應符合下列規(guī)定：
1 采暖熱負荷應按現行國家標準《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB 50019中的規(guī)定計算。
2 在標準規(guī)定可不設置集中采暖的地區(qū)或建筑，宜根據當地的實際情況，適當降低室內空氣計算溫度。
3．3．4 太陽能集熱系統(tǒng)負擔的熱水供應負荷為建筑物的生活熱水日平均耗熱量。熱水日平均耗熱量應按下式計算：
式中 QW——生活熱水日平均耗熱量，W；
m——用水計算單位數，人數或床位數；
qr——熱水用水定額，根據《建筑給水排水設計規(guī)范》GB 50015規(guī)定，按熱水最高日用水定額的下限取值，L／(人·d)或L／(床·d)；
cW——水的比熱容，取4187J／(kg·℃)；
ρW——熱水密度，kg／L；
tr——設計熱水溫度，℃；
tl——設計冷水溫度，℃。
3．4 太陽能集熱系統(tǒng)設計
3．4．1 太陽能集熱系統(tǒng)設計應符合下列基本規(guī)定：
1 建筑物上安裝太陽能集熱系統(tǒng)，嚴禁降低相鄰建筑的日照標準。
2 直接式太陽能集熱系統(tǒng)宜在冬季環(huán)境溫度較高，防凍要求不嚴格的地區(qū)使用；冬季環(huán)境溫度較低的地區(qū)，宜采用間接式太陽能集熱系統(tǒng)。
3 太陽能集熱系統(tǒng)管道應選用耐腐蝕和安裝連接方便可靠的管材。可采用銅管、不銹鋼管、塑料和金屬復合熱水管等。
3．4．2 太陽能集熱器的設置應符合下列規(guī)定：
1 太陽能集熱器宜朝向正南，或南偏東、偏西30°的朝向范圍內設置；安裝傾角宜選擇在當地緯度—10°～＋20°的范圍內；當受實際條件限制時，應按附錄A進行面積補償，合理增加集熱器面積，并應進行經濟效益分析。
2 放置在建筑外圍護結構上的太陽能集熱器，在冬至日集熱器采光面上的日照時數應不少于4h。前、后排集熱器之間應留有安裝、維護操作的足夠間距，排列應整齊有序。
3 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應按下式計算：
式中 D——日照間距，m；
H——前方障礙物的高度，m；
h——計算時刻的太陽高度角，°；
γ0——計算時刻太陽光線在水平面上的投影線與集熱器表面法線在水平面上的投影線之間的夾角，°。
4 太陽能集熱器不得跨越建筑變形縫設置。
3．4．3 確定太陽能集熱器總面積應符合下列規(guī)定：
1 直接系統(tǒng)集熱器總面積應按下式計算：
式中 AC——直接系統(tǒng)集熱器總面積，㎡；
QH——建筑物耗熱量，W；
JT——當地集熱器采光面上的平均日太陽輻照量，J／(㎡·d)，按附錄B選??；
f——太陽能保證率，％，按附錄B選?。?br/> ηcd——基于總面積的集熱器平均集熱效率，％，按附錄C方法計算；
ηL——管路及貯熱裝置熱損失率，％，按附錄D方法計算。
2 間接系統(tǒng)集熱器總面積應按下式計算：
式中 AIN——間接系統(tǒng)集熱器總面積，㎡；
AC——直接系統(tǒng)集熱器總面積，㎡；
UL——集熱器總熱損系數，W／(㎡·℃)，測試得出；
Uhx——換熱器傳熱系數，W／(㎡·℃)，查產品樣本得出；
Ahx——間接系統(tǒng)換熱器換熱面積，㎡，按附錄E方法計算。
3．4．4 太陽能集熱系統(tǒng)的設計流量應按下列公式和推薦的參數計算。
1 太陽能集熱系統(tǒng)的設計流量應按下式計算：
式中 GS——太陽能集熱系統(tǒng)的設計流量，m3／h；
g——太陽能集熱器的單位面積流量，m3／(h·㎡)；
A——太陽能集熱器的采光面積，㎡。
2 太陽能集熱器的單位面積流量應根據太陽能集熱器生產企業(yè)給出的數值確定。在沒有企業(yè)提供相關技術參數的情況下，根據不同的系統(tǒng)，宜按表3．4．4給出的范圍取值。
表3．4．4 太陽能集熱器的單位面積流量
3．4．5 太陽能集熱系統(tǒng)宜采用自動控制變流量運行。
3．4．6 太陽能集熱系統(tǒng)的防凍設計應符合下列規(guī)定：
1 在冬季室外環(huán)境溫度可能低于0℃的地區(qū)，應進行太陽能集熱系統(tǒng)的防凍設計。
2 太陽能集熱系統(tǒng)可采用的防凍措施宜根據集熱系統(tǒng)類型、使用地區(qū)參照表3．4．6選擇。
表3．4．6 太陽能集熱系統(tǒng)的防凍設計選型
注：表中“●”為可選用項。
3 太陽能集熱系統(tǒng)的防凍措施應采用自動控制運行工作。
5 太陽能供熱采暖工程的調試、驗收與效益評估
5．1 一般規(guī)定
5．1．1 太陽能供熱采暖工程安裝完畢投入使用前，應進行系統(tǒng)調試。系統(tǒng)調試應在竣工驗收階段進行；不具備使用條件時，經建設單位同意，可延期進行。
5．1．2 系統(tǒng)調試應包括設備單機、部件調試和系統(tǒng)聯動調試。系統(tǒng)聯動調試應按照實際運行工況進行，聯動調試完成后，應進行連續(xù)3天試運行。
5．1．3 太陽能供熱采暖系統(tǒng)工程的驗收應分為分項工程驗收和竣工驗收。分項工程驗收應由監(jiān)理工程師(建設單位技術負責人)組織施工單位項目專業(yè)質量(技術)負責人等進行；竣工驗收應由建設單位(項目)負責人組織施工單位、設計、監(jiān)理等單位(項目)負責人進行。
5．1．4 分項工程驗收宜根據工程施工特點分期進行，對于影響工程安全和系統(tǒng)性能的工序，必須在本工序驗收合格后才能進入下一道工序的施工。
5．1．5 竣工驗收應在工程移交用戶前，分項工程驗收合格后進行；竣工驗收應提交下列驗收資料：
1 設計變更證明文件和竣工圖；
2 主要材料、設備、成品、半成品、儀表的出廠合格證明或檢驗資料；
3 屋面防水檢漏記錄；
4 隱蔽工程驗收記錄和中間驗收記錄；
5 系統(tǒng)水壓試驗記錄；
6 系統(tǒng)生活熱水水質檢驗記錄；
7 系統(tǒng)調試及試運行記錄；
8 系統(tǒng)熱工性能檢驗記錄。
5．1．6 太陽能供熱采暖工程施工質量的保修期限，自竣工驗收合格日起計算為二個采暖期。在保修期內發(fā)生施工質量問題的，施工企業(yè)應履行保修職責，責任方承擔相應的經濟責任。
附錄A 不同地區(qū)太陽能集熱器的補償面積比
A．0．1 太陽能集熱器的面積補償應按下式計算：
式中 AB——進行面積補償后實際確定的太陽能集熱器面積；
AC——按集熱器方位正南，傾角為當地緯度，用本規(guī)范式(3．4．3-1)、式(3．4．3-2)計算得出的太陽能集熱器面積；
RS——太陽能集熱器補償面積比。
A．0．2 代表城市的太陽能集熱器補償面積比RS可選用表A．0．2-1和表A．0．2-2中的對應值，表A．0．2-1適用于短期蓄熱系統(tǒng)，表A．0．2-2適用于季節(jié)蓄熱系統(tǒng)。表中未列入的城市，可選用與該表中距離最近，而且緯度最接近的城市的RS對應值。
表A．0．2-1 代表城市的太陽能集熱器補償面積比RS(適用于短期蓄熱系統(tǒng))
表A．0．2-2 代表城市的太陽能集熱器補償面積比RS(適用于季節(jié)蓄熱系統(tǒng))
附錄C 太陽能集熱器平均集熱效率計算方法
C．0．1 太陽能集熱器的集熱效率應根據選用產品的實際測試效率公式(C．0．1-1)或(C．0．1-2)進行計算。
式中 η——以T*為參考的集熱器熱效率，％；
η0——T*＝0時的集熱器熱效率，％；
U——以T*為參考的集熱器總熱損系數，W／(㎡·K)；
T*——歸一化溫差，(㎡·K)／W。
式中 a1——以T*為參考的常數；
a2——以T*為參考的常數；
G——總太陽輻照度，W／㎡。
式中 ti——集熱器工質進口溫度，℃；
ta——環(huán)境溫度，℃。
C．0．2 短期蓄熱太陽能供熱采暖系統(tǒng)計算太陽能集熱器集熱效率時，歸一化溫差計算的參數選擇應符合下列原則：
1 直接系統(tǒng)的ti取供暖系統(tǒng)的回水溫度，間接系統(tǒng)的ti等于供暖系統(tǒng)的回水溫度加換熱器的換熱溫差。
2 ta取當地12月的月平均室外環(huán)境空氣溫度。
3 總太陽輻照度G應按下式計算。
式中 Hd——當地12月集熱器采光面上的太陽總輻射月平均日輻照量，kJ／(㎡·d)；
Sd——當地12月的月平均每日的日照小時數，h。
C．0．3 季節(jié)蓄熱太陽能供熱采暖系統(tǒng)計算太陽能集熱器集熱效率時，歸一化溫差計算的參數選擇應符合下列原則：
1 直接系統(tǒng)的ti取供暖系統(tǒng)的回水溫度，間接系統(tǒng)的ti等于供暖系統(tǒng)的回水溫度加換熱器的換熱溫差。
2 ta取當地的年平均室外環(huán)境空氣溫度。
3 總太陽輻照度G應按下式計算。
式中 Hy——當地集熱器采光面上的太陽總輻射年平均日輻照量，kJ／(㎡·d)；
Sy——當地的年平均每日的日照小時數，h。
附錄D 太陽能集熱系統(tǒng)管路、水箱熱損失率計算方法
D．0．1 管路、水箱熱損失率ηL可按經驗取值估算，ηL的推薦取值范圍為：
短期蓄熱太陽能供熱采暖系統(tǒng)：10％～20％
季節(jié)蓄熱太陽能供熱采暖系統(tǒng)：10％～15％
D．0．2 需要準確計算時，可按D．0．3～D．0．5條給出的公式迭代計算。
D．0．3 太陽能集熱系統(tǒng)管路單位表面積的熱損失可按下式計算：
式中 ql——管路單位表面積的熱損失，W／㎡；
Di——管道保溫層內徑，m；
D0——管道保溫層外徑，m；
ta——保溫結構周圍環(huán)境的空氣溫度，℃；
t——設備及管道外壁溫度，金屬管道及設備通?？扇〗橘|溫度，℃；
a0——表面放熱系數，W／(㎡·℃)；
λ——保溫材料的導熱系數，W／(m·℃)。
D．0．4 貯水箱單位表面積的熱損失可按下式計算：
式中 q——貯水箱單位表面積的熱損失，W／㎡；
δ——保溫層厚度，m；
λ——保溫材料導熱系數，W／(m·℃)；
a——表面放熱系數，W／(㎡·℃)。
對于圓形水箱保溫：
D．0．5 管路及貯水箱熱損失率ηL可按下式計算：
式中 A1——管路表面積，㎡；
A2——貯水箱表面積，㎡；
AC——系統(tǒng)集熱器總面積；
G——集熱器采光面上的總太陽輻照度，W／㎡；
ηcd——基于總面積的集熱器平均集熱效率，％，按附錄C方法計算。
附錄E 間接系統(tǒng)熱交換器換熱面積計算方法
E．0．1 間接系統(tǒng)熱交換器換熱面積可按下式計算：
式中 Ahx——間接系統(tǒng)熱交換器換熱面積，㎡；
ηL——貯熱水箱到熱交換器的管路熱損失率，一般可取0．02～0．05：
Qhx——熱交換器換熱量，kW；
ε——結垢影響系數，0．6～0．8；
Uhx——熱交換器傳熱系數，按熱交換器技術參數確定；
△tj——傳熱溫差，宜取5～10℃，集熱器熱性能好，溫差取高值，否則取低值。
E．0．2 熱交換器換熱量可按下式計算：
式中 Qhx——熱交換器換熱量，kW；
k——太陽輻照度時變系數，取1．5～1．8，取高限對太陽能利用有利，但會增加造價；
f——太陽能保證率，％，按附錄B選??；
Q——太陽能供熱采暖系統(tǒng)負擔的采暖季平均日供熱量，kJ；
Sy——當地的年平均每日的日照小時數，h。
E．0．3 太陽能供熱采暖系統(tǒng)負擔的采暖季平均日供熱量可按下式計算：
式中 Q——太陽能供熱采暖系統(tǒng)負擔的采暖季平均日供熱量，kJ；
QH——建筑物耗熱量，kW。
附錄F 太陽能供熱采暖系統(tǒng)效益評估計算公式
F．0．1 太陽能供熱采暖系統(tǒng)的年節(jié)能量可按下式計算：
式中 △Qsave——太陽能供熱采暖系統(tǒng)的年節(jié)能量，MJ；
Ac——系統(tǒng)的太陽能集熱器面積，㎡；
JT——太陽能集熱器采光表面上的年總太陽輻照量，MJ／㎡；
ηcd——太陽能集熱器的年平均集熱效率，％；
ηc——管路、水泵、水箱和季節(jié)蓄熱裝置的熱損失率。
F．0．2 太陽能供熱采暖系統(tǒng)壽命期內的總節(jié)能費可按下式計算：
式中 SAV——系統(tǒng)壽命期內的總節(jié)能費用，元；
PI——折現系數；
Cc——系統(tǒng)評估當年的常規(guī)能源熱價，元／MJ；
A——太陽能熱水系統(tǒng)總增投資，元；
DJ——每年用于與太陽能供熱采暖系統(tǒng)有關的維修費用，包括太陽集熱器維護，集熱系統(tǒng)管道維護和保溫等費用占總增投資的百分率；一般取1％。
F．0．3 折現系數PI可按下式計算：
式中 d——年市場折現率，可取銀行貸款利率；
e——年燃料價格上漲率；
n——分析節(jié)省費用的年限，從系統(tǒng)開始運行算起，取集熱系統(tǒng)壽命(一般為10～15年)。
F．0．4 系統(tǒng)評估當年的常規(guī)能源熱價Cc可按下式計算：
式中 C′c——系統(tǒng)評估當年的常規(guī)能源價格，元／kg；
q——常規(guī)能源的熱值，MJ／kg；
Eff——常規(guī)能源水加熱裝置的效率，％。
F．0．5 太陽能供熱采暖系統(tǒng)的費效比可按下式計算：
式中 B——系統(tǒng)費效比，元／kWh。
F．0．6 太陽能供熱采暖系統(tǒng)的二氧化碳減排量可按下式計算：
式中 Qco2——系統(tǒng)壽命期內二氧化碳減排量，kg；
W——標準煤熱值，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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