5.4 太阳能集热系统

5.4.1 太阳能集热系统设计应符合下列规定：

    1 建筑物上安装太阳能集热器，每天有效日照时间不得小于4h，且不得降低相邻建筑的日照标准；

    2 安装在建筑物屋面、阳台、墙面和其他部位的太阳能集热器、支架和连接管路，均应与建筑功能和造型一体化设计；

    3 太阳能集热器不应跨越建筑变形缝设置；

    4 太阳能集热器的尺寸规格宜与建筑模数相协调。

5.4.2 太阳能集热器总面积确定应符合下列规定：

    1 直接系统的集热器总面积可按下列公式计算：

    式中：A_C——直接系统的集热器总面积(m²)；

          Q_w——日均用热水量(L)；

          Cw——水的定压比热容[kJ/(kg·℃)]；

          ρ_w——水的密度(kg/L)；

          t_end——贮热水箱内热水的终止设计温度(℃)；

          t_o——贮热水箱内冷水的初始设计温度，通常取当地年平均冷水温度(℃)；

          J_T——当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量(kJ/m²)，可按本标准附录A确定；

          f——太阳能保证率(％)，太阳能热水系统在不同太阳能资源区的太阳能保证率f可按表5.4.2-3的推荐范围选取；

          η_cd——基于总面积的集热器年平均集热效率(％)，应根据集热器产品基于集热器总面积的瞬时效率方程(瞬时效率曲线)的实际测试结果，按本标准附录B规定的方法进行计算；

          η_L——太阳能集热系统中贮热水箱和管路的热损失率，根据经验取值宜为0.20～0.30；

          q_r——平均日热水用水定额[L/(人·d)，L/(床·d)]，应符合现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015的相关规定，并应按表5.4.2-1确定；在计算太阳能集热器总面积时，应选用表5.4.2-1中的平均日热水用水定额；

          m——计算用水的人数或床数；

          b₁——同日使用率，平均值应按实际使用工况确定，当无条件时，可按表5.4.2-2取值。

表5.4.2-1 热水用水定额

    注：1 本表以60℃热水水温为计算温度；

        2 学生宿舍使用IC卡计费用热水时，可按每人每日用热水定额25L～30L；

        3 表中平均日用水定额仅用于计算太阳能热水系统的集热器总面积。平均日用水定额应根据实际统计数据选用；当缺乏实测数据时，可采用本表中的低限值。

表5.4.2-2 不同类型建筑物的b1推荐取值范围

表5.4.2-3 不同资源区的太阳能保证率f推荐取值范围

    2 间接系统的集热器总面积可按下式计算：

    式中：A_IN——间接系统集热器总面积(m²)；

          A_C——直接系统集热器总面积(m²)；

          U——集热器总热损系数[W/(m²·℃)]，对平板型集热器，U宜取(4～6)W/(m²·℃)，对真空管集热器，U宜取(1～2)W/(m²·℃)，具体数值应根据集热器产品实际测试结果而定；

          U_hx——换热器传热系数[W/(m²·℃)]，查产品样本得出；

          A_hx——换热器换热面积(m²)，查产品样本得出。

5.4.3 当按本标准第5.4.2条计算得到的系统集热器总面积大于建筑围护结构表面时，可按围护结构表面最大容许的安装面积确定集热器总面积。

5.4.4 有下列情况之一时，集热器总面积可采用增加集热器面积的方式进行补偿，其面积补偿比应按本标准附录C选取，但补偿面积不得超过本标准第5.4.2条计算结果的一倍：

    1 集热器在坡屋面上受条件限制，倾角与本标准第5.4.7条规定偏差较大时；

    2 集热器朝向受条件限制，方位角与本标准第5.4.8条规定偏差较大时。

5.4.5 太阳能集热系统储热装置有效容积的计算应符合下列规定：

    1 集中集热、集中供热太阳能热水系统的贮热水箱宜与供热水箱分开设置，串联连接，贮热水箱的有效容积可按下式计算：

    式中：V_rx——贮热水箱的有效容积(L)；

          A_j——集热器总面积(m²)，A_j＝A_C或A_j＝A_IN；

          q_rjd——单位面积集热器平均日产温升30℃热水量的容积[L/(m²·d)]，根据集热器产品参数确定，无条件时，可按表5.4.5选用。

表5.4.5  单位集热器总面积日产热水量推荐取值范围[L/(m²·d)]

    注：1 当室外环境最低温度高于5℃时，可以根据实际工程情况采用日产热水量的高限值；

        2 本表是按照系统全年每天提供温升30℃热水，集热系统年平均效率为35％，系统总热损失率为20％的工况下估算的。

    2 当贮热水箱与供热水箱分开设置时，供热水箱的有效容积应符合现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015的规定。

    3 集中集热、分散供热太阳能热水系统宜设有缓冲水箱，其有效容积一般不宜小于10％V_rx。

5.4.6 强制循环的太阳能集热系统应设循环泵，其流量和扬程的计算应符合下列规定：

    1 循环泵的流量可按下式计算：

    式中：q_x——集热系统循环流量(m³/h)；

          q_gz——单位面积集热器对应的工质流量[m³/(h·m²)]，应按集热器产品实测数据确定；无实测数据时，可取0.054m³/(h·m²)～0.072m³/(h·m²)，相当于0.015L/(s·m²)～0.020L/(s·m²)；

          A_j——集热器总面积(m²)。

    2 开式系统循环泵的扬程应按下式计算：

    式中：H_x——循环泵扬程(kPa)；

          h_jx——集热系统循环管路的沿程与局部阻力损失(kPa)；

          h_j——循环流量流经集热器的阻力损失(kPa)；

          h_z——集热器顶部与贮热水箱最低水位之间的几何高差造成的阻力损失(kPa)；

          h_f——附加压力(kPa)，取20kPa～50kPa。

    3 闭式系统循环泵的扬程应按下式计算：

    式中：h_c——循环流经换热器的阻力损失(kPa)。

5.4.7 系统全年使用的太阳能集热器倾角应与当地纬度一致。如系统侧重在夏季使用，其倾角宜为当地纬度减10°；如系统侧重在冬季使用，其倾角宜为当地纬度加10°。主要城市纬度可按本标准附录A采用。

5.4.8 太阳能集热器设置在平屋面上，应符合下列规定：

    1 对朝向为正南、南偏东或南偏西不大于30°的建筑，集热器可朝南设置，或与建筑同向设置；

    2 对朝向南偏东或南偏西大于30°的建筑，集热器宜朝南设置或南偏东、南偏西小于30°设置；

    3 对受条件限制，集热器不能朝南设置的建筑，集热器可朝南偏东、南偏西或朝东、朝西设置；

    4 水平安装的集热器可不受朝向的限制；但当真空管集热器水平安装时，真空管应东西向放置；

    5 在平屋面上宜设置集热器检修通道；

    6 集热器与前方遮光物或集热器前后排之间的最小距离可按下式计算：

    式中：D——集热器与前方遮光物或集热器前后排之间的最小距离(m)；

          H——集热器最高点与集热器最低点的垂直距离(m)；

          α_s——太阳高度角(°)，对季节性使用的系统，宜取当地春秋分正午12时的太阳高度角；对全年性使用的系统，宜取当地冬至日正午12时的太阳高度角；

          γ——集热器安装方位角(°)。

5.4.9 太阳能集热器设置在坡屋面上，应符合下列规定：

    1 集热器可设置在南向、南偏东、南偏西或朝东、朝西建筑坡屋面上；

    2 坡屋面上集热器应采用顺坡嵌入设置或顺坡架空设置；

    3 作为屋面板的集热器应安装在建筑承重结构上；

    4 作为屋面板的集热器所构成的建筑坡屋面在刚度、强度、热工、锚固、防护功能上应按建筑围护结构设计。

5.4.10 太阳能集热器设置在阳台上，应符合下列规定：

    1 对朝南、南偏东、南偏西或朝东、朝西的阳台，集热器可设置在阳台栏板上或构成阳台栏板；

    2 北纬30°以南地区设置在阳台栏板上的集热器及构成阳台栏板的集热器应有适当的倾角；

    3 构成阳台栏板的集热器，在刚度、强度、高度、锚固和防护功能上应满足建筑设计要求。

5.4.11 太阳能集热器设置在墙面上，应符合下列规定：

    1 在高纬度地区，集热器可设置在建筑的朝南、南偏东、南偏西或朝东、朝西的墙面上，或直接构成建筑墙面；

    2 在低纬度地区，集热器可设置在建筑南偏东、南偏西或朝东、朝西墙面上，或直接构成建筑墙面；

    3 构成建筑墙面的集热器，其刚度、强度、热工、锚固、防护功能应满足建筑围护结构设计要求。

5.4.12 安装在建筑上或直接构成建筑围护结构的太阳能集热器，应有防止热水渗漏的安全保障措施。

5.4.13 嵌入建筑屋面、阳台、墙面或建筑其他部位的太阳能集热器，应满足建筑围护结构的承载、保温、隔热、隔声、防水、防护等功能。

5.4.14 架空在建筑屋面和附着在阳台或墙面上的太阳能集热器，应具有相应的承载能力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力。必要时，太阳能集热器应按本标准附录D进行结构设计。

5.4.15 太阳能集热器之间可通过并联、串联、串并联、并串联等方式连接成集热器组，系统设计应符合下列规定：

    1 平板型集热器或横排真空管集热器之间的连接宜采用并联，但单排并联的集热器总面积不宜超过32m²；竖排真空管集热器之间的连接宜采用串联，但单排串联的集热器总面积不宜超过32m²。

    2 对自然循环系统，每个系统的集热器总面积不宜超过50m²；对大型自然循环系统，可分成若干个子系统，每个子系统的集热器总面积不宜超过50m²。

    3 对强制循环系统，每个系统的集热器总面积不宜超过500m²；对大型强制循环系统，可分成若干个子系统，每个子系统的集热器总面积不宜超过500m²。

    4 当全玻璃真空管东西向放置的集热器在同一斜面上多层布置时，串联的集热器不宜超过3个，每个集热器联箱长度不宜大于2m。

5.4.16 太阳能集热器耐压要求应与系统的设计工作压力相匹配。

5.4.17 在太阳能间接系统中，换热器的设置应符合下列规定：

    1 当采用开式储热装置时，宜采用外置双循环换热器；

    2 当采用闭式储热装置时，宜采用内置单循环换热器。

5.4.18 集热器组之间连接的设计应遵循“同程原则”，使每个集热器传热工质的流入路径与回流路径的长度相同。

5.4.19 在冬季环境温度可能低于0℃地区使用的太阳能集热系统，应进行防冻设计，并应符合下列规定；

    1 对于直接系统，可采用回流方法或排空方法防冻；对于集热器有防冻功能的直接系统，也可采用定温循环方法防冻。

    2 对于间接系统，可采用防冻传热工质进行防冻；传热工质的凝固点应低于当地近30年的最低环境温度，其沸点应高于集热器的最高闷晒温度。

    3 当采用其他方法防冻时，应保证其技术经济的合理性。

5.4.20 太阳能集热系统的循环管路设计应符合下列规定：

    1 循环管路应短而少弯；

    2 绕行的管路宜是冷水管或低温水管；

    3 循环管路应有0.3％～0.5％的坡度；

    4 在自然循环系统中，应使循环管路朝贮热水箱方向有向上坡度，不允许有反坡；

    5 在使用平板型集热器的自然循环系统中，贮热水箱的下循环管口应比集热器的上循环管口高0.3m以上；

    6 在有水回流的防冻系统中，管路的坡度应使系统中的水自动回流，不应积存；

    7 在循环管路易发生气塞的位置应设有排气阀；

    8 在间接系统的循环管路上应设膨胀箱；在闭式间接系统的循环管路上同时还应设有压力安全阀，但不应有单向阀和其他可关闭的阀门；

    9 当集热器阵列为多排或多层集热器组并联时，每排或每层集热器组的进出口管路，应设有辅助阀门；

    10 在系统中宜设流量计、温度计和压力表；

    11 管路的通径面积应与并联集热器组管路的通径面积之总和相适应。

5.4.21 太阳能集热系统的管路应有组织布置，做到安全、隐蔽、易于检修。新建太阳能热水系统竖向管路宜布置在竖向管路井中；在既有建筑上增设太阳能热水系统或改造太阳能热水系统，管路应做到走向合理，不影响建筑使用功能及外观。

5.4.22 太阳能集热系统的管路、配件应采用不锈钢管、铜管、镀锌钢管等金属材质，开式系统的耐温不应小于100℃，闭式系统的耐温不应小于200℃。

5.4.23 太阳能集热系统的管路保温设计应按照现行国家标准《设备及管道绝热技术通则》GB/T 4272和《设备及管道绝热设计导则》GB/T 8175执行。

5.4.24 太阳能集热器支架的刚度、强度、防腐蚀性能应满足安全要求，并应与建筑牢固连接。

5.4.25 太阳能集热系统中泵、阀的安装均应采取减振和隔声措施。

5.4.26 在太阳能集热器阵列附近宜设置用于清洁集热器的给水点。