5.4 太陽能集熱系統(tǒng)
5.4.1 太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 建筑物上安裝太陽能集熱器，每天有效日照時(shí)間不得小于4h，且不得降低相鄰建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)；
2 安裝在建筑物屋面、陽臺(tái)、墻面和其他部位的太陽能集熱器、支架和連接管路，均應(yīng)與建筑功能和造型一體化設(shè)計(jì)；
3 太陽能集熱器不應(yīng)跨越建筑變形縫設(shè)置；
4 太陽能集熱器的尺寸規(guī)格宜與建筑模數(shù)相協(xié)調(diào)。
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5.4.2 太陽能集熱器總面積確定應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 直接系統(tǒng)的集熱器總面積可按下列公式計(jì)算：
式中：AC——直接系統(tǒng)的集熱器總面積(m2)；
Qw——日均用熱水量(L)；
Cw——水的定壓比熱容[kJ／(kg·℃)]；
ρw——水的密度(kg／L)；
tend——貯熱水箱內(nèi)熱水的終止設(shè)計(jì)溫度(℃)；
to——貯熱水箱內(nèi)冷水的初始設(shè)計(jì)溫度，通常取當(dāng)?shù)啬昶骄渌疁囟?℃)；
JT——當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟?kJ／m2)，可按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A確定；
f——太陽能保證率(％)，太陽能熱水系統(tǒng)在不同太陽能資源區(qū)的太陽能保證率f可按表5.4.2-3的推薦范圍選?。?/span>
ηcd——基于總面積的集熱器年平均集熱效率(％)，應(yīng)根據(jù)集熱器產(chǎn)品基于集熱器總面積的瞬時(shí)效率方程(瞬時(shí)效率曲線)的實(shí)際測試結(jié)果，按本標(biāo)準(zhǔn)附錄B規(guī)定的方法進(jìn)行計(jì)算；
ηL——太陽能集熱系統(tǒng)中貯熱水箱和管路的熱損失率，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值宜為0.20～0.30；
qr——平均日熱水用水定額[L／(人·d)，L／(床·d)]，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50015的相關(guān)規(guī)定，并應(yīng)按表5.4.2-1確定；在計(jì)算太陽能集熱器總面積時(shí)，應(yīng)選用表5.4.2-1中的平均日熱水用水定額；
m——計(jì)算用水的人數(shù)或床數(shù)；
b1——同日使用率，平均值應(yīng)按實(shí)際使用工況確定，當(dāng)無條件時(shí)，可按表5.4.2-2取值。
表5.4.2-1 熱水用水定額
注：1 本表以60℃熱水水溫為計(jì)算溫度；
2 學(xué)生宿舍使用IC卡計(jì)費(fèi)用熱水時(shí)，可按每人每日用熱水定額25L～30L；
3 表中平均日用水定額僅用于計(jì)算太陽能熱水系統(tǒng)的集熱器總面積。平均日用水定額應(yīng)根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選用；當(dāng)缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，可采用本表中的低限值。
表5.4.2-2 不同類型建筑物的b1推薦取值范圍
表5.4.2-3 不同資源區(qū)的太陽能保證率f推薦取值范圍
2 間接系統(tǒng)的集熱器總面積可按下式計(jì)算：
式中：AIN——間接系統(tǒng)集熱器總面積(m2)；
AC——直接系統(tǒng)集熱器總面積(m2)；
U——集熱器總熱損系數(shù)[W／(m2·℃)]，對(duì)平板型集熱器，U宜取(4～6)W／(m2·℃)，對(duì)真空管集熱器，U宜取(1～2)W／(m2·℃)，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)集熱器產(chǎn)品實(shí)際測試結(jié)果而定；
Uhx——換熱器傳熱系數(shù)[W／(m2·℃)]，查產(chǎn)品樣本得出；
Ahx——換熱器換熱面積(m2)，查產(chǎn)品樣本得出。
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5.4.3 當(dāng)按本標(biāo)準(zhǔn)第5.4.2條計(jì)算得到的系統(tǒng)集熱器總面積大于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面時(shí)，可按圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面最大容許的安裝面積確定集熱器總面積。
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5.4.4 有下列情況之一時(shí)，集熱器總面積可采用增加集熱器面積的方式進(jìn)行補(bǔ)償，其面積補(bǔ)償比應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)附錄C選取，但補(bǔ)償面積不得超過本標(biāo)準(zhǔn)第5.4.2條計(jì)算結(jié)果的一倍：
1 集熱器在坡屋面上受條件限制，傾角與本標(biāo)準(zhǔn)第5.4.7條規(guī)定偏差較大時(shí)；
2 集熱器朝向受條件限制，方位角與本標(biāo)準(zhǔn)第5.4.8條規(guī)定偏差較大時(shí)。
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5.4.5 太陽能集熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱裝置有效容積的計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 集中集熱、集中供熱太陽能熱水系統(tǒng)的貯熱水箱宜與供熱水箱分開設(shè)置，串聯(lián)連接，貯熱水箱的有效容積可按下式計(jì)算：
式中：Vrx——貯熱水箱的有效容積(L)；
Aj——集熱器總面積(m2)，Aj＝AC或Aj＝AIN；
qrjd——單位面積集熱器平均日產(chǎn)溫升30℃熱水量的容積[L／(m2·d)]，根據(jù)集熱器產(chǎn)品參數(shù)確定，無條件時(shí)，可按表5.4.5選用。
表5.4.5 單位集熱器總面積日產(chǎn)熱水量推薦取值范圍[L／(m2·d)]
注：1 當(dāng)室外環(huán)境最低溫度高于5℃時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際工程情況采用日產(chǎn)熱水量的高限值；
2 本表是按照系統(tǒng)全年每天提供溫升30℃熱水，集熱系統(tǒng)年平均效率為35％，系統(tǒng)總熱損失率為20％的工況下估算的。
2 當(dāng)貯熱水箱與供熱水箱分開設(shè)置時(shí)，供熱水箱的有效容積應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50015的規(guī)定。
3 集中集熱、分散供熱太陽能熱水系統(tǒng)宜設(shè)有緩沖水箱，其有效容積一般不宜小于10％Vrx。
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5.4.6 強(qiáng)制循環(huán)的太陽能集熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)循環(huán)泵，其流量和揚(yáng)程的計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 循環(huán)泵的流量可按下式計(jì)算：
式中：qx——集熱系統(tǒng)循環(huán)流量(m3／h)；
qgz——單位面積集熱器對(duì)應(yīng)的工質(zhì)流量[m3／(h·m2)]，應(yīng)按集熱器產(chǎn)品實(shí)測數(shù)據(jù)確定；無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，可取0.054m3／(h·m2)～0.072m3／(h·m2)，相當(dāng)于0.015L／(s·m2)～0.020L／(s·m2)；
Aj——集熱器總面積(m2)。
2 開式系統(tǒng)循環(huán)泵的揚(yáng)程應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：Hx——循環(huán)泵揚(yáng)程(kPa)；
hjx——集熱系統(tǒng)循環(huán)管路的沿程與局部阻力損失(kPa)；
hj——循環(huán)流量流經(jīng)集熱器的阻力損失(kPa)；
hz——集熱器頂部與貯熱水箱最低水位之間的幾何高差造成的阻力損失(kPa)；
hf——附加壓力(kPa)，取20kPa～50kPa。
3 閉式系統(tǒng)循環(huán)泵的揚(yáng)程應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：hc——循環(huán)流經(jīng)換熱器的阻力損失(kPa)。
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5.4.7 系統(tǒng)全年使用的太陽能集熱器傾角應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢?。如系統(tǒng)側(cè)重在夏季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥葴p10°；如系統(tǒng)側(cè)重在冬季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥燃?0°。主要城市緯度可按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A采用。
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5.4.8 太陽能集熱器設(shè)置在平屋面上，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 對(duì)朝向?yàn)檎稀⒛掀珫|或南偏西不大于30°的建筑，集熱器可朝南設(shè)置，或與建筑同向設(shè)置；
2 對(duì)朝向南偏東或南偏西大于30°的建筑，集熱器宜朝南設(shè)置或南偏東、南偏西小于30°設(shè)置；
3 對(duì)受條件限制，集熱器不能朝南設(shè)置的建筑，集熱器可朝南偏東、南偏西或朝東、朝西設(shè)置；
4 水平安裝的集熱器可不受朝向的限制；但當(dāng)真空管集熱器水平安裝時(shí)，真空管應(yīng)東西向放置；
5 在平屋面上宜設(shè)置集熱器檢修通道；
6 集熱器與前方遮光物或集熱器前后排之間的最小距離可按下式計(jì)算：
式中：D——集熱器與前方遮光物或集熱器前后排之間的最小距離(m)；
H——集熱器最高點(diǎn)與集熱器最低點(diǎn)的垂直距離(m)；
αs——太陽高度角(°)，對(duì)季節(jié)性使用的系統(tǒng)，宜取當(dāng)?shù)卮呵锓终?2時(shí)的太陽高度角；對(duì)全年性使用的系統(tǒng)，宜取當(dāng)?shù)囟寥照?2時(shí)的太陽高度角；
γ——集熱器安裝方位角(°)。
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5.4.9 太陽能集熱器設(shè)置在坡屋面上，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 集熱器可設(shè)置在南向、南偏東、南偏西或朝東、朝西建筑坡屋面上；
2 坡屋面上集熱器應(yīng)采用順坡嵌入設(shè)置或順坡架空設(shè)置；
3 作為屋面板的集熱器應(yīng)安裝在建筑承重結(jié)構(gòu)上；
4 作為屋面板的集熱器所構(gòu)成的建筑坡屋面在剛度、強(qiáng)度、熱工、錨固、防護(hù)功能上應(yīng)按建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
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5.4.10 太陽能集熱器設(shè)置在陽臺(tái)上，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 對(duì)朝南、南偏東、南偏西或朝東、朝西的陽臺(tái)，集熱器可設(shè)置在陽臺(tái)欄板上或構(gòu)成陽臺(tái)欄板；
2 北緯30°以南地區(qū)設(shè)置在陽臺(tái)欄板上的集熱器及構(gòu)成陽臺(tái)欄板的集熱器應(yīng)有適當(dāng)?shù)膬A角；
3 構(gòu)成陽臺(tái)欄板的集熱器，在剛度、強(qiáng)度、高度、錨固和防護(hù)功能上應(yīng)滿足建筑設(shè)計(jì)要求。
5.4.11 太陽能集熱器設(shè)置在墻面上，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 在高緯度地區(qū)，集熱器可設(shè)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(gòu)成建筑墻面；
2 在低緯度地區(qū)，集熱器可設(shè)置在建筑南偏東、南偏西或朝東、朝西墻面上，或直接構(gòu)成建筑墻面；
3 構(gòu)成建筑墻面的集熱器，其剛度、強(qiáng)度、熱工、錨固、防護(hù)功能應(yīng)滿足建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
5.4.12 安裝在建筑上或直接構(gòu)成建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽能集熱器，應(yīng)有防止熱水滲漏的安全保障措施。（自2022年4月1日起廢止該條,詳見新規(guī)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB55015-2021）
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5.4.13 嵌入建筑屋面、陽臺(tái)、墻面或建筑其他部位的太陽能集熱器，應(yīng)滿足建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承載、保溫、隔熱、隔聲、防水、防護(hù)等功能。
5.4.14 架空在建筑屋面和附著在陽臺(tái)或墻面上的太陽能集熱器，應(yīng)具有相應(yīng)的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和相對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的位移能力。必要時(shí)，太陽能集熱器應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)附錄D進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5.4.15 太陽能集熱器之間可通過并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等方式連接成集熱器組，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 平板型集熱器或橫排真空管集熱器之間的連接宜采用并聯(lián)，但單排并聯(lián)的集熱器總面積不宜超過32m2；豎排真空管集熱器之間的連接宜采用串聯(lián)，但單排串聯(lián)的集熱器總面積不宜超過32m2。
2 對(duì)自然循環(huán)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的集熱器總面積不宜超過50m2；對(duì)大型自然循環(huán)系統(tǒng)，可分成若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)的集熱器總面積不宜超過50m2。
3 對(duì)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的集熱器總面積不宜超過500m2；對(duì)大型強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，可分成若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)的集熱器總面積不宜超過500m2。
4 當(dāng)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(shí)，串聯(lián)的集熱器不宜超過3個(gè)，每個(gè)集熱器聯(lián)箱長度不宜大于2m。
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5.4.16 太陽能集熱器耐壓要求應(yīng)與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作壓力相匹配。
5.4.17 在太陽能間接系統(tǒng)中，換熱器的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 當(dāng)采用開式儲(chǔ)熱裝置時(shí)，宜采用外置雙循環(huán)換熱器；
2 當(dāng)采用閉式儲(chǔ)熱裝置時(shí)，宜采用內(nèi)置單循環(huán)換熱器。
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5.4.18 集熱器組之間連接的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“同程原則”，使每個(gè)集熱器傳熱工質(zhì)的流入路徑與回流路徑的長度相同。
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5.4.19 在冬季環(huán)境溫度可能低于0℃地區(qū)使用的太陽能集熱系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行防凍設(shè)計(jì)，并應(yīng)符合下列規(guī)定；
1 對(duì)于直接系統(tǒng)，可采用回流方法或排空方法防凍；對(duì)于集熱器有防凍功能的直接系統(tǒng)，也可采用定溫循環(huán)方法防凍。
2 對(duì)于間接系統(tǒng)，可采用防凍傳熱工質(zhì)進(jìn)行防凍；傳熱工質(zhì)的凝固點(diǎn)應(yīng)低于當(dāng)?shù)亟?0年的最低環(huán)境溫度，其沸點(diǎn)應(yīng)高于集熱器的最高悶曬溫度。
3 當(dāng)采用其他方法防凍時(shí)，應(yīng)保證其技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性。
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5.4.20 太陽能集熱系統(tǒng)的循環(huán)管路設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 循環(huán)管路應(yīng)短而少彎；
2 繞行的管路宜是冷水管或低溫水管；
3 循環(huán)管路應(yīng)有0.3％～0.5％的坡度；
4 在自然循環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)使循環(huán)管路朝貯熱水箱方向有向上坡度，不允許有反坡；
5 在使用平板型集熱器的自然循環(huán)系統(tǒng)中，貯熱水箱的下循環(huán)管口應(yīng)比集熱器的上循環(huán)管口高0.3m以上；
6 在有水回流的防凍系統(tǒng)中，管路的坡度應(yīng)使系統(tǒng)中的水自動(dòng)回流，不應(yīng)積存；
7 在循環(huán)管路易發(fā)生氣塞的位置應(yīng)設(shè)有排氣閥；
8 在間接系統(tǒng)的循環(huán)管路上應(yīng)設(shè)膨脹箱；在閉式間接系統(tǒng)的循環(huán)管路上同時(shí)還應(yīng)設(shè)有壓力安全閥，但不應(yīng)有單向閥和其他可關(guān)閉的閥門；
9 當(dāng)集熱器陣列為多排或多層集熱器組并聯(lián)時(shí)，每排或每層集熱器組的進(jìn)出口管路，應(yīng)設(shè)有輔助閥門；
10 在系統(tǒng)中宜設(shè)流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表；
11 管路的通徑面積應(yīng)與并聯(lián)集熱器組管路的通徑面積之總和相適應(yīng)。
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5.4.21 太陽能集熱系統(tǒng)的管路應(yīng)有組織布置，做到安全、隱蔽、易于檢修。新建太陽能熱水系統(tǒng)豎向管路宜布置在豎向管路井中；在既有建筑上增設(shè)太陽能熱水系統(tǒng)或改造太陽能熱水系統(tǒng)，管路應(yīng)做到走向合理，不影響建筑使用功能及外觀。
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5.4.22 太陽能集熱系統(tǒng)的管路、配件應(yīng)采用不銹鋼管、銅管、鍍鋅鋼管等金屬材質(zhì)，開式系統(tǒng)的耐溫不應(yīng)小于100℃，閉式系統(tǒng)的耐溫不應(yīng)小于200℃。
5.4.23 太陽能集熱系統(tǒng)的管路保溫設(shè)計(jì)應(yīng)按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《設(shè)備及管道絕熱技術(shù)通則》GB／T 4272和《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》GB／T 8175執(zhí)行。
5.4.24 太陽能集熱器支架的剛度、強(qiáng)度、防腐蝕性能應(yīng)滿足安全要求，并應(yīng)與建筑牢固連接。
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5.4.25 太陽能集熱系統(tǒng)中泵、閥的安裝均應(yīng)采取減振和隔聲措施。
5.4.26 在太陽能集熱器陣列附近宜設(shè)置用于清潔集熱器的給水點(diǎn)。
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