4.4.1 系統(tǒng)設計應遵循節(jié)水節(jié)能、經(jīng)濟實用、安全簡便、便于計量的原則；根據(jù)建筑形式、輔助能源種類和熱水需求等條件，宜按本規(guī)范表 4.2.6 選擇太陽能熱水系統(tǒng)。

4.4.2 系統(tǒng)集熱器總面積計算宜符合下列規(guī)定：

1 直接系統(tǒng)集熱器總面積可根據(jù)用戶的每日用水量和用水溫度確定，按下式計算：

式中 Ac——直接系統(tǒng)集熱器總面積，m²；
     Qw——日均用水量，kg ；
     Cw——水的定壓比熱容，kJ/(kg·℃ ) ；
     tend——貯水箱內(nèi)水的設計溫度，℃；
     ti——水的初始溫度，℃；
     JT——當?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟浚?kJ/m² ；
     f——太陽能保證率，％；根據(jù)系統(tǒng)使用期內(nèi)的太陽輻照、系統(tǒng)經(jīng)濟性及用戶要求等因素綜合考慮后確定，宜為30％～80％；
     ηcd——集熱器的年平均集熱效率；根據(jù)經(jīng)驗取值宜為 0.25～0.50 ，具體取值應根據(jù)集熱器產(chǎn)品的實際測試結果而定；
     ηL——貯水箱和管路的熱損失率；根據(jù)經(jīng)驗取值宜為 0.20～0.30 。

2 間接系統(tǒng)集熱器總面積可按下式計算：

式中 AIN——間接系統(tǒng)集熱器總面積，m²；
FRUL——集熱器總熱損系數(shù)，W/(m²·℃ ) ；
對平板型集熱器，F(xiàn)RUL宜取 4～6W／(m²·℃ ) ；
對真空管集熱器，F(xiàn)RUL宜取 1～2W／(m²·℃ ) ；
具體數(shù)值應根據(jù)集熱器產(chǎn)品的實際測試結果而定；
Uhx——換熱器傳熱系數(shù)， W/(m²·℃ ) ；
Ahx——換熱器換熱面積，m²。

4.4.3 集熱器傾角應與當?shù)鼐暥纫恢?；如系統(tǒng)側重在夏季使用，其傾角宜為當?shù)鼐暥葴p10°；如系統(tǒng)側重在冬季使用，其傾角宜為當?shù)鼐暥燃?0°；全玻璃真空管東西向水平放置的集熱器傾角可適當減少；主要城市緯度見本規(guī)范附錄A 。

4.4.4 集熱器總面積有下列情況，可按補償方式確定，但補償面積不得超過本規(guī)范第 4.4.2 條計算結果的一倍：

1 集熱器朝向受條件限制，南偏東、南偏西或向東、向西時；
2 集熱器在坡屋面上受條件限制，傾角與本規(guī)范第 4.4.3 條規(guī)定偏差較大時。

4.4.5 當按本規(guī)范第 4.4.2 條計算得到系統(tǒng)集熱器總面積，在建筑圍護結構表面不夠安裝時，可按圍護結構表面最大容許安裝面積確定系統(tǒng)集熱器總面積。

4.4.6 貯水箱容積的確定應符合下列要求：

1 集中供熱水系統(tǒng)的貯水箱容積應根據(jù)日用熱水小時變化曲線及太陽能集熱系統(tǒng)的供熱能力和運行規(guī)律，以及常規(guī)能源輔助加熱裝置的工作制度、加熱特性和自動溫度控制裝置等因素按積分曲線計算確定；
2 間接系統(tǒng)太陽能集熱器產(chǎn)生的熱用作容積式水加熱器或加熱水箱時，貯水箱的貯熱量應符合表 4.4.6 的要求。

表4.4.6 貯水箱的貯熱量

注：Qh為設計小時耗量（W）。

4.4.7 太陽能集熱器設置在平屋面上，應符合下列要求：

1 對朝向為正南、南偏東或南偏西不大于 30°的建筑，集熱器可朝南設置，或與建筑同向設置。
2 對朝向南偏東或南偏西大于 30°的建筑，集熱器宜朝南設置或南偏東、南偏西小于 30°設置。
3 對受條件限制，集熱器不能朝南設置的建筑，集熱器可朝南偏東、南偏西或朝東、朝西設置。
4 水平放置的集熱器可不受朝向的限制。
5 集熱器應便于拆裝移動。
6 集熱器與遮光物或集熱器前后排間的最小距離可按下式計算：

式中 D——集熱器與遮光物或集熱器前后排間的最小距離，m ；
H——遮光物最高點與集熱器最低點的垂直距離，m ；
αs——太陽高度角，度 (°) ；
對季節(jié)性使用的系統(tǒng)，宜取當?shù)卮呵锓终?12 時的太陽高度角；
對全年性使用的系統(tǒng)，宜取當?shù)囟寥照?12 時的太陽高度角。

7 集熱器可通過并聯(lián)、串聯(lián)和串并聯(lián)等方式連接成集熱器組，并應符合下列要求：

1) 對自然循環(huán)系統(tǒng)，集熱器組中集熱器的連接宜采用并聯(lián)。平板型集熱器的每排并聯(lián)數(shù)目不宜超過 16 個。
2) 全玻璃真空管東西向放置的集熱器，在同一斜面上多層布置時，串聯(lián)的集熱器不宜超過 3 個 ( 每個集熱器聯(lián)集箱長度不大于 2m) 。
3) 對自然循環(huán)系統(tǒng)，每個系統(tǒng)全部集熱器的數(shù)目不宜超過 24 個。大面積自然循環(huán)系統(tǒng)，可分成若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)中并聯(lián)集熱器數(shù)目不宜超過 24 個。

8 集熱器之間的連接應使每個集熱器的傳熱介質(zhì)流入路徑與回流路徑的長度相同。

9 在平屋面上宜設置集熱器檢修通道。

4.4.8 太陽能集熱器設置在坡屋面上，應符合下列要求：

1 集熱器可設置在南向、南偏東、南偏西或朝東、朝西建筑坡屋面上；
2 坡屋面上的集熱器應采用順坡嵌入設置或順坡架空設置；
3 作為屋面板的集熱器應安裝在建筑承重結構上；
4 作為屋面板的集熱器所構成的建筑坡屋面在剛度、強度、熱工、錨固、防護功能上應按建筑圍護結構設計。

4.4.9 太陽能集熱器設置在陽臺上，應符合下列要求：

1 對朝南、南偏東、南偏西或朝東、朝西的陽臺，集熱器可設置在陽臺欄板上或構成陽臺欄板；
2 低緯度地區(qū)設置在陽臺欄板上的集熱器和構成陽臺欄板的集熱器應有適當?shù)膬A角；
3 構成陽臺欄板的集熱器，在剛度、強度、高度、錨固和防護功能上應滿足建筑設計要求。

4.4.10 太陽能集熱器設置在墻面上，應符合下列要求：

1 在高緯度地區(qū)，集熱器可設置在建筑的朝南、南偏東、南偏西或朝東、朝西的墻面上，或直接構成建筑墻面；
2 在低緯度地區(qū)，集熱器可設置在建筑南偏東、南偏西或朝東、朝西墻面上，或直接構成建筑墻面；
3 構成建筑墻面的集熱器，其剛度、強度、熱工、錨固、防護功能應滿足建筑圍護結構設計要求。

4.4.11 嵌入建筑屋面、陽臺、墻面或建筑其他部位的太陽能集熱器，應滿足建筑圍護結構的承載、保溫、隔熱、隔聲、防水、防護等功能。

4.4.12 架空在建筑屋面和附著在陽臺或墻面上的太陽能集熱器，應具有相應的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和相對于主體結構的位移能力。

4.4.13 安裝在建筑上或直接構成建筑圍護結構的太陽能集熱器，應有防止熱水滲漏的安全保障設施。

4.4.14 選擇太陽能集熱器的耐壓要求應與系統(tǒng)的工作壓力相匹配。

4.4.15 在使用平板型集熱器的自然循環(huán)系統(tǒng)中，貯水箱的下循環(huán)管應比集熱器的上循環(huán)管高 0.3m 以上。

4.4.16 系統(tǒng)的循環(huán)管路和取熱水管路設計應符合下列要求：

1 集熱器循環(huán)管路應有 0.3％～0.5％的坡度；
2 在自然循環(huán)系統(tǒng)中，應使循環(huán)管路朝貯水箱方向有向上坡度，不得有反坡；
3 在有水回流的防凍系統(tǒng)中，管路的坡度應使系統(tǒng)中的水自動回流，不應積存；
4 在循環(huán)管路中，易發(fā)生氣塞的位置應設有吸氣閥；當采用防凍液作為傳熱工質(zhì)時，宜使用手動排氣閥。需要排空和防凍回流的系統(tǒng)應設有吸氣閥；在系統(tǒng)各回路及系統(tǒng)需要防凍排空部分的管路的最低點及易積存的位置應設有排空閥；
5 在強迫循環(huán)系統(tǒng)的管路上，宜設有防止傳熱工質(zhì)夜間倒流散熱的單向閥；
6 間接系統(tǒng)的循環(huán)管路上應設膨脹箱。閉式間接系統(tǒng)的循環(huán)管路上同時還應設有壓力安全閥和壓力表，不應設有單向閥和其他可關閉的閥門；
7 當集熱器陣列為多排或多層集熱器組并聯(lián)時，每排或每層集熱器組的進出口管道，應設輔助閥門；
8 在自然循環(huán)和強迫循環(huán)系統(tǒng)中宜采用頂水法獲取熱水。浮球閥可直接安裝在貯水箱中，也可安裝在小補水箱中；
9 設在貯水箱中的浮球閥應采用金屬或耐溫高于 100℃的其他材質(zhì)浮球，浮球閥的通徑應能滿足取水流量的要求；
10 直流式系統(tǒng)應采用落水法取熱水；
11 各種取熱水管路系統(tǒng)應按1.0m/s 的設計流速選取管徑。

4.4.17 系統(tǒng)計量宜按照現(xiàn)行國家標準《建筑給水排水設計規(guī)范》 GB 50015 中有關規(guī)定執(zhí)行，并應按具體工程設置冷、熱水表。

4.4.18 系統(tǒng)控制應符合下列要求：

1 強制循環(huán)系統(tǒng)宜采用溫差控制；
2 直流式系統(tǒng)宜采用定溫控制；
3 直流式系統(tǒng)的溫控器應有水滿自鎖功能；
4 集熱器用傳感器應能承受集熱器的最高空曬溫度，精度為±2℃；貯水箱用傳感器應能承受 100℃，精度為±2℃。

4.4.19 太陽能集熱器支架的剛度、強度、防腐蝕性能應滿足安全要求，并應與建筑牢固連接。

4.4.20 太陽能熱水系統(tǒng)使用的金屬管道、配件、貯水箱及其他過水設備材質(zhì)，應與建筑給水管道材質(zhì)相容。

4.4.21 太陽能熱水系統(tǒng)采用的泵、閥應采取減振和隔聲措施。
 

條文說明
 

4.4 系統(tǒng)設計

4.4.1 太陽能熱水系統(tǒng)類型的選擇是系統(tǒng)設計的首要步驟。只有正確選擇了太陽能熱水系統(tǒng)的類型，才能使系統(tǒng)設計有可靠的基礎。表 4.2.6 “太陽能熱水系統(tǒng)設計選用表”是在強調(diào)系統(tǒng)設計應本著節(jié)水節(jié)能、經(jīng)濟實用、安全簡便、利于計量等原則的基礎上，根據(jù)建筑類型、屋面形式和熱水用途等條件，選擇不同的太陽能熱水系統(tǒng)類型。選擇內(nèi)容包括：供熱水范圍、集熱器在建筑上安裝位置、'系統(tǒng)運行方式、輔助能源加熱設備的安裝位置及啟動方式等。

在建筑類型中，本條就民用建筑包括的居住建筑和公共建筑兩類民用建筑分別列出，其中，居住建筑包括：低層、多層和高層；公共建筑給出了幾種實例，如：賓館、醫(yī)院、游泳館和公共浴室等，就是為了便于正確地選擇太陽能熱水系統(tǒng)類型。

4.4.2 太陽能熱水系統(tǒng)集熱器面積的確定是一個十分重要的問題，而集熱器面積的精確計算又是一個比較復雜的問題。

在歐美等發(fā)達國家，集熱器面積的精確計算一般采用 F-Chart 軟件、Trnsys 軟件或其他類似的軟件來進行，它們是根據(jù)系統(tǒng)所選太陽能集熱器的瞬時效率方程 ( 通過試驗測定 ) 及安裝位置 ( 方位角和傾角 ) ，再輸入太陽能熱水系統(tǒng)，使用當?shù)氐牡乩砭暥?、平均太陽輻照量、平均環(huán)境溫度、平均熱水溫度、平均熱水用量、貯水箱和管路平均熱損失率、太陽能保證率等數(shù)據(jù)，按一定的計算機程序計算出來的。

然而，我國目前還沒有將這種計算軟件列入國家標準內(nèi)容。本條在國家標準《太陽能熱水系統(tǒng)設計、安裝及工程驗收技術規(guī)范》 GB/T 18713 的基礎上，提出了確定集熱器總面積的計算方法，其中分別規(guī)定了在直接系統(tǒng)和間接系統(tǒng)兩種情況下集熱器總面積的計算方法。

本規(guī)范之所以計算集熱器總面積，而不計算集熱器采光面積或集熱器吸熱體面積，是因為在民用建筑安裝太陽能熱水系統(tǒng)的情況下，建筑師關心的是在有限的建筑圍護結構中太陽能集熱器究竟占據(jù)多大的空間。

在確定直接系統(tǒng)的集熱器總面積時，日太陽輻照量 JT取當?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟?；集熱器的年平均集熱效?eta;cd宜取0.25～0.50 ，但強調(diào)具體取值要根據(jù)集熱器產(chǎn)品的實際測試結果而定；貯水箱和管路的熱損失率ηL宜取 0.20～0.30 ，不同系統(tǒng)類型及不同保溫狀況的ηL 值不同。以上所有這些數(shù)值都是根據(jù)我國長期使用太陽能熱水系統(tǒng)所積累的經(jīng)驗而選取的，都能基本滿足實際系統(tǒng)設計的要求。至于太陽能保證率 f 的取值，則是根據(jù)系統(tǒng)使用期內(nèi)的太陽能輻照條件、系統(tǒng)的經(jīng)濟性及用戶的具體要求等因素綜合考慮后確定，本規(guī)范推薦在 30％～80％范圍內(nèi)。

在確定間接系統(tǒng)的集熱器總面積時，由于間接系統(tǒng)的換熱器內(nèi)外存在傳熱溫差，使得在獲得相同溫度的熱水情況下，間接系統(tǒng)比直接系統(tǒng)的集熱器運行溫度稍高，造成集熱器效率略為降低。本條用換熱器傳熱系數(shù) Uhx 、換熱器換熱面積 Ahx 和集熱器總熱損系數(shù)FRUL等來表示換熱器對于集熱器效率的影響。對平板型集熱器，F(xiàn)RUL宜取 4～6W/(m2. ℃ ) ；對于真空管集熱器，F(xiàn)RUL宜取 1～2W/(m2. ℃ ) ；但本規(guī)范強調(diào)FRUL的具體數(shù)值要根據(jù)集熱器產(chǎn)品的實際測試結果而定。至于換熱器傳熱系數(shù) Uhx和換熱器換熱面積 A hx 的數(shù)值，則可以從選定的換熱器產(chǎn)品說明書中查得。在實際計算過程中，當確定了直接系統(tǒng)的集熱器總面積Ac之后，就可以根據(jù)上述這些數(shù)值，確定出間接系統(tǒng)的集熱器總面積 AIN。

通常在采用第 4.4.2 條所述方法確定集熱器總面積之前，也就是在方案設計階段，可以根據(jù)建筑建設地區(qū)太陽能條件來估算集熱器總面積。表 2 列出了每產(chǎn)生 100L 熱水量所需系統(tǒng)集熱器總面積的推薦值。

表2  每100L熱水量的系統(tǒng)集熱器總面積推薦選用值

此處列出的“每 100L 熱水量的系統(tǒng)集熱器總面積推薦選用值”是將我國各地太陽能條件分為四個等級：資源豐富區(qū)、資源較豐富區(qū)、資源一般區(qū)和資源貧乏區(qū)，不同等級地區(qū)有不同的年日照時數(shù)和不同的年太陽輻照量，再按每產(chǎn)生100L 熱水量分別估算出不同等級地區(qū)所需要的集熱器總面積，其結果一般在 1.2～2.0m2/100L 之間。

4.4.3 根據(jù)國家標準《太陽能熱水系統(tǒng)設計、安裝及工程驗收技術規(guī)范》 GB/T 18713 的要求，本條規(guī)定了集熱器的最佳安裝傾角，其數(shù)值等于當?shù)鼐暥?plusmn;10°。這條要求對于一般情況下的平板型集熱器和真空管集熱器都是適用的。當然，對于東西向水平放置的全玻璃真空管集熱器，安裝傾角可適當減少；對于墻面上安裝的各種太陽能集熱器，更是一種特例了。

4.4.4 在有些情況下，由于集熱器朝向或傾角受到條件限制，按 4.4.2 條所述方法計算出的集熱器總面積是不夠的，這時就需要按補償方式適當增加面積，但本條規(guī)定補償面積不得超過 4.4.2 條計算所得面積的一倍。

4.4.5 在有些情況下，當建筑圍護結構表面不夠安裝按 4.4.2 條計算所得的集熱器總面積時，也可以按圍護結構表面最大容許安裝面積來確定集熱器總面積。

4.4.6 本條規(guī)定了貯水箱容積的確定原則，并提出了“貯水箱的貯熱量”。表中，貯熱量的最小值是分別按大于等于95℃高溫水和小于等于 95℃高溫水這兩種不同情況，分別對公共建筑和居住建筑提出了指標。

4.4.7 本條較為具體地規(guī)定了太陽能集熱器設置在平屋面上的技術要求，有關集熱器的間距、分組及相互連接等內(nèi)容都是根據(jù)現(xiàn)行國家標準《太陽能熱水系統(tǒng)設計、安裝及工程驗收技術規(guī)范》 GB/T 18713 的規(guī)定，其中有關集熱器并聯(lián)、串聯(lián)和串并聯(lián)等方式連接成集熱器組時的具體數(shù)據(jù)也都是引自 GB/T 18713 。

本條規(guī)定全玻璃真空管東西向放置的集熱器，在同一斜面上多層布置時，串聯(lián)的集熱器不宜超過 3 個。實際上，各種集熱器都應盡量減少串聯(lián)的集熱器數(shù)目。

本條規(guī)定集熱器之間的連接應使每個集熱器的傳熱介質(zhì)流入路徑與回流路徑的長度相同，這實質(zhì)上是規(guī)定集熱器應按“同程原則”并聯(lián)，其目的是使各集熱器內(nèi)的流量分配均勻。

4.4.8 本條強調(diào)了作為屋面板的集熱器應安裝在建筑承重結構上，這實際上已構成建筑集熱坡屋面。

4.4.11 本條強調(diào)了嵌入建筑屋面、陽臺、墻面或建筑其他部位的太陽能集熱器，應具有建筑圍護結構的承載、保溫、隔熱、隔聲、防水等防護功能。

4.4.12 本條強調(diào)了架空在建筑屋面和附著在陽臺上或在墻面上的太陽能集熱器，應具有足夠的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和相對于主體結構的位移能力。

4.4.13 為了保障太陽能熱水系統(tǒng)的使用安全，本條特別強調(diào)了安裝在建筑上或直接構成建筑圍護結構的太陽能集熱器，應有防止熱水滲漏的安全保障設施，防止因熱水滲漏到屋內(nèi)而危及人身安全，并作為本規(guī)范的強制性條款。

4.4.15 在使用平板型集熱器的自然循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)是僅利用傳熱工質(zhì)內(nèi)部的溫度梯度產(chǎn)生的密度差進行循環(huán)的，因此為了保證系統(tǒng)有足夠的熱虹吸壓頭，規(guī)定貯水箱的下循環(huán)管比集熱器的上循環(huán)管至少高 0.3m 是必要的。

4.4.17 對于系統(tǒng)計量的問題，本條要求按照國家標準《建筑給水排水設計規(guī)范》 GB 50015 中的有關規(guī)定，并推薦按具體工程設置冷、熱水表。

4.4.18 對于系統(tǒng)控制，可以有各種不同的控制方式，但根據(jù)我國長期使用太陽能熱水系統(tǒng)所積累的經(jīng)驗，本條推薦：強制循環(huán)系統(tǒng)宜采用溫差控制方式；直流式系統(tǒng)宜采用定溫控制方式。

4.4.19 本條強調(diào)了太陽能集熱器支架的剛度、強度、防腐蝕性能等，均應滿足安全要求，并與建筑牢固連接。當采用鋼結構材料制作支架時，應符合現(xiàn)行國家標準《碳素結構鋼》 GB/T 700 的要求。在不影響支架承載力的情況下，所有鋼結構支架材料 ( 如角鋼、方管、槽鋼等 ) 應選擇利于排水的方式組裝。當由于結構或其他原因造成不易排水時，應采取合理的排水措施，確保排水通暢。

4.4.20 本條強調(diào)了太陽能熱水系統(tǒng)使用的金屬管道、配件、貯水箱及其他過水設備等的材質(zhì)，均應與建筑給水管道材質(zhì)相容，以避免在不相容材料之間產(chǎn)生電化學腐蝕。

4.4.21 本條強調(diào)了對太陽能熱水系統(tǒng)所用泵、閥運行可能產(chǎn)生的振動和噪聲，均應采取減振和隔聲措施。