上海地区太阳能集热器年平均集热效率取值探讨_万水

给水排水　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．１０　２０１２ ９５　　　 上海地区太阳能集热器年平均集热效率取值探讨 万　水 （上海现代建筑设计集团有限公司技术中心，上海　２０００４１） 　　摘要　太阳能集热器年平均集热效率是反映集热器产品热性能优劣的一个主要指标。根据上 海市气象资料，以及年平均日辐射量、年平均日照时数、集热器瞬时效率曲线方程，计算确定太阳能 集热器年平均集热效率，从中得出平板型和真空管型集热器在上海地区均可采用，并对太阳能集热 器年平均集热效率的取值范围提出建议。 关键词　太阳能集热器　集热器瞬时效率曲线方程　归一化温差　集热器采光面积　集热器 总面积　集热器年平均集热效率 　　太阳能集热器年平均集热效率是指在稳态（或准 稳态）条件下，集热器传热工质在一年的时间内，输出 的能量与入射在集热器所的集热器面积（总面积、 吸热体面积或采光面积）上的太阳辐照量的乘积之比， 它是反映集热器产品热性能优劣的一个主要指标，也 是集热器面积计算的一个重要参数。鉴于目前对集热 器年平均集热效率取值存在的误区，特进行如下探讨。 １　上海市气象资料 根据上海市地方志办公室编撰的专业志—上 海气象志的资料（见表１），上海市年平均总日照 时数为１　９３０ｈ，与《民用建筑太阳能热水系统工 程技术》［１］的年总日照时数１　９９７．５ｈ相近；水平 面年平均日辐射量ＪＴ 为１２．７６１ＭＪ／（ｍ２·ｄ），与文 献［１］的水平面年平均日辐射量１２．３ＭＪ／（ｍ２·ｄ） 基本吻合。根据水平面年平均日辐射量与年平均 日日照时数Ｓｙ为５．３ｈ，可计算得出年平均日辐 照度Ｇ＝ＪＴ／（３．６ＳＹ）＝１２　７６１／（３．６×５．３）＝ ６６９［Ｗ／（ｍ２·ｄ）］。 ２　集热器年平均集热效率的确定 ２．１　国家规定 国家标准《太阳能集热器热性能试验方法》［２］规 定了集热器瞬时效率曲线方程的测试、计算以及拟 合方法，该曲线方程的获得，应以国家太阳能热水器 质量监督检验中心（以下简称“质检中心”）提供的 《检验报告》为准。国家标准《太阳热水系统性能评 定》［３］规定了太阳能热水系统热性能的技术 表１　上海市逐月气温、降雨、日照、辐射量 项目 年份 １月 ２月 ３月 ４月 ５月 ６月 ７月 ８月 ９月 １０月 １１月 １２月 全年 年平均日 平均最高气温／℃ １９６１～１９９０　７．７　 ８．６　 １２．７　１８．６　２３．７　２７．３　３１．５　３１．２　 ２７．１　 ２２．４　 １６．８　 １０．６　 １９．９ 平均气温／℃ １９６１～１９９０　３．３　 ４．４　 ８．３　 １３．９　１９．０　２３．４　２７．７　２７．４　 ２３．１　 １７．７　 １１．９　 ５．６　 １５．５ 平均最低气温／℃ １９６１～１９９０　０．０　 １．１　 ４．８　 １０．２　１５．３　２０．３　２４．７　２４．５　 １９．９　 １３．８　 ８．０　 １．８　 １２．１ 平均降雨量／ｍｍ　 １９６１～１９９０　３９．７　６０．１　８４．１　１０１．２　１１３．９　１４８．１　１１９．９　１２３．９　１５８．６　 ６０．４　 ４９．６　 ３５．４　１　０９４．９ 平均降雨天数／ｄ　 １９６１～１９９０　８．８　 １０．５　１３．３　１３．６　１３．８　１４．０　１１．６　１１．０　 １２．０　 ９．３　 ７．８　 ７．３　 １３３．１ 平均日照时数／ｈ　 １９０３～１９９０　１２９　 １１２　 １３７　 １５０　 １６９　 １５１　 ２２２　 ２３７　 １６２　 １７１　 １４６　 １４４　 １　９３０　 ５．３ 平均日照百分率／％ １９０３～１９９０　 ４１　 ３６　 ３７　 ３９　 ４０　 ３６　 ５１　 ５８　 ４３　 ４９　 ４６　 ４６　 ４４ 　水平面平均总辐 射量／ＭＪ／ｍ２ １９５８～１９９０　２６３．１　２６３．５　３５８．１　４１７．６　４８３．４　４６０．８　５７９．０　５５３．５　３８８．４　３４５．９　２８０．５　２５７．７　４　６５８．０　１２．７６１ 　水平面平均直接 辐射量／ＭＪ／ｍ２ １９５８～１９９０　１２８．３　１２４．０　１６４．６　１８７．８　２２２．９　１９５．１　３１７．３　３０４．８　１７０．３　１７７．５　１４０．５　１３３．８　２　２６６．７　６．２１０ 　水平面平均散射 辐射量／ＭＪ／ｍ２ １９５８～１９９０　１３４．８　１３９．５　１９３．５　２２９．８　２６０．５　２６５．７　２６１．７　２４８．７　２１８．１　１６８．４　１４０．０　１２３．９　２　３９１．３　６．５５１ 　　注：气象资料摘录自上海市地方志办公室编纂的专业志－上海气象志的数据。 ９６　　　 给水排水　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．１０　２０１２ 要求：对于直接系统，日太阳辐射量为１７ＭＪ／ｍ２ 时，太阳能热水系统单位轮廓采光面积的日有用得热 量ｑ１７≥７ＭＪ／ｍ２，即要求系统集热效率≥７／１７＝４１％； 对于间接系统，日太阳辐照量为１７ＭＪ／ｍ２ 时，太阳能 热水系统单位轮廓采光面积的日有用得热量ｑ１７≥ ６．３ＭＪ／ｍ２，即要求系统集热效率≥６．３／１７＝３７％。 ２．２　集热器年平均集热效率的检测 国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术 规范》［４］４．４．２条规定，集热器年平均集热效率的具 体取值，应根据集热器产品的实际测试结果而定。 关于集热器产品集热效率的实际测试结果，目前主 要依据“质检中心”根据文献［２］提供的《检验报告》， 其中，对于集热器瞬时效率曲线方程的求取，一般只 对单块集热器进行检测，且检测时间为一至数天。 对于单个储水箱有效容积大于或等于０．６ｍ３ 的太 阳能热水系统的检测，“质检中心”主要根据文献［３］ 测试系统的热性能，如日有用得热量、升温性能以及 储水箱保温性能等。 ２．３　集热器年平均集热效率的确定 首先，确定集热器工质进口温度ｔｉ。设计冷水温 度ｔＬ（水的初始温度）应为年平均温度［５］，上海地区可 近似采用年平均日平均气温１５．５℃，设计热水温度ｔｒ 采用５０℃，太阳能保证率采用４５％（全年使用）。根据 文献［１］，采用单水箱系统的ｔｉ＝ｔＬ／３＋２×ｔｒ／３－５＝ ３３．５（℃），因此，采用单水箱的归一化温差Ｔｉ＝（ｔｉ－ ｔａ）／Ｇ＝（３３．５－１５．５）／６６９＝０．０２６　９（ｍ２·Ｋ／Ｗ），根据 “质检中心”《检验报告》提供的集热器瞬时效率曲线 方程，将上述计算出的归一化温差Ｔｉ带入该曲线方 程中，可近似计算出太阳能集热器的年平均集热效 率，详见表２。 从表２中的计算结果可看出，国标图集中部分 推荐生产厂家的太阳能集热器年平均集热效率的实 测计算值均大于５０％（基于采光面积），且对于上海 地区来说，平板型太阳能集热器和真空管型太阳能 集热器的年平均集热效率大致相当，因此这两种集 热器在上海地区均可采用。 ３　需要注意的问题 ３．１　集热器采光面积和总面积的区别 集热器采光面积，是指非汇聚太阳辐射进入集 热器的最大投影面积，不包括那些当投影辐射从垂 直于采光平面方向入射时，太阳辐射被遮挡的透明 部分。集热器总面积，是指整个集热器的最大投影 面积，不包括那些固定和连接传热工质管道的组成 部分。采光面积用于判断某一集热器产品的集热性 能指标是否合格，总面积则用于计算确定所需集热 器的数量和总占地面积。 表２　部分生产厂家的太阳能集热器年平均集热效率（基于采光面积） 集热器类型 生产厂家 规格型号 采光面积／ｍ２ 总面积／ｍ２ 集热器瞬时效率曲线方程η 年平均集热效率／％ 平 板 型 昆明新元阳光 ＸＹＹＧ－ＰＢ／２．０　 １．８３　 ２．００ η＝０．８００　５－５．５６Ｔｉ ６５ 广东东莞五星 ＰＪ－２．０　 １．８２　 ２．００ η＝０．７８８－３．８１５Ｔｉ（２００９年检测） ６８ 北京九阳 ＰＧＴ－２．０　 １．８３　 ２．００ η＝０．７３１　８－５．８６Ｔｉ ５７ 深圳嘉普通 ＣＰ－Ｐ－Ｇ／０．６－ＴＬ／２．０　 １．８３　 ２．００ η＝０．７６６　１－４．２８Ｔｉ ６５ 江阴万龙源 Ｐ－Ｇ／０．６－Ｔ／ＴＸＴ－２．０　 １．８３　 ２．００ η＝０．７６２　２－５．３８Ｔｉ ６１ 真 空 管 型 Ｕ 型 管 山东力诺瑞特 ＱＢ－ＹＦ－３．０／１８－１　 ３．０２　 ３．４２ η＝０．６４６－２．０６７Ｔｉ（２００８年检测） ５９ 山东皇明 Ｚ－ＢＪ／０．６－ＷＦ－１．７／１５　 １．７８　 ２．５２ η＝０．７２４－２．７４１Ｔｉ（２００９年检测） ６５ 北京北方赛尔 ＱＵ５８×１８００　 １．２０　 １．９２ η＝０．７１８－４．２３４Ｔｉ ６０ 常州而今 ＥＪ　１６／１．５　 ０．９５　 １．７６ η＝０．６７０　１－１．９８２　４Ｔｉ－０．００７　４ＧＴｉ２　 ６１ 热 管 式 山东力诺瑞特 Ｚ－ＲＧ／ＷＦ／５８／Ｂ１　 １．６２　 ２．４８ η＝０．７５１－２．４３４Ｔｉ ６８ 山东皇明 ＨＲＪ－２４／１．８　 ２．４０　 ３．３９ η＝０．６８５－２．７７０Ｔｉ（２００９年检测） ６１ 全 玻 璃 山东力诺瑞特 Ｚ－ＱＢ／ＷＦ／４７／１５００　 ３．２７　 ５．５７ η＝０．７２１－２．６７０Ｔｉ ６４ 山东皇明 ＪＰＳ－５０ＴＴ１８－００　 ４．８５　 ８．５０ η＝０．６５９－２．７９６Ｔｉ（２００９年检测） ５８ 山东桑乐 ＳＬ－ＬＪ－１．５－２０　 １．３０　 ２．４８ η＝０．６６８－４．８２Ｔｉ－０．００２　９ＧＴｉ２　 ５３ 　　注：表中集热器瞬时效率曲线方程分别摘自国家建筑标准设计图集０６ＳＳ１２８和０６Ｋ５０３。 给水排水　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．１０　２０１２ ９７　　　 　　２００８年以前，由“质检中心”提供的《检验报告》 中，只有基于集热器采光面积的集热器瞬时效率曲线 方程。但从２００８年开始，“质检中心”（北京）提供的 《检验报告》中，又增加了基于集热器总面积的集热器 瞬时效率曲线方程。因此，在计算确定所需集热器面 积时，应注意集热器年平均集热效率的取值，是根据集 热器采光面积检测（大多数情况）而来，还是根据集热 器总面积检测而来。如果是根据集热器采光面积检测 得出的集热器年平均集热效率，那么据此计算出的所 需集热器面积也应该是集热器的采光面积，而不是集 热器的总面积。从表３可以看出，对于平板型太阳能 集热器，其总面积和采光面积之间差别不大，但对于真 空管型太阳能集热器，两者的差别会很大，有的甚至相 差１．７５倍，这在计算确定集热器面积时，应特别注意， 以防设计的太阳能集热系统不能满足使用要求。 ３．２　集热器年平均集热效率的取值范围 国家标准《太阳热水系统设计、安装及工程验收 技术规范》［６］附录Ａ规定，集热器全日集热效率，根据 经验值取０．４０～０．５５（集热器采光面积计算）。文献 ［４］４．４．２条规定，集热器的年平均集热效率，根据经 验取值宜为０．２５～０．５（集热器总面积计算）。国家标 准《建筑给水排水》［７］５．４．２Ａ条规定，集热 器年平均集热效率，按集热器产品实测数据确定，经 验值为４５％～５０％（集热器总面积计算）。上海市规 范《民用建筑太阳能应用技术规程》［８］４．４．４条规定， 集热器的年平均集热效率，根据经验可取３０％～５５％ （集热器总面积计算）。上述４本国家和地方规范中 的集热器年平均集热效率的取值范围相差较大，这给 设计选用带来了不便。其主要问题是集热器总面积 计算或采光面积计算，应分别对应选用总面积的集热 效率或采光面积的集热效率。根据采光面积检测求 得的集热器年平均集热效率，肯定比根据总面积检测 求得的集热器年平均集热效率要高，有的甚至高出 １．７６倍，详见表２与表３的对比。 笔者认为，《建筑给水排水设计规范》［７］对直接 加热供水系统的集热器总面积计算公式中，采用的 集热器年平均集热效率经验值有误：①取值下限明 显偏高（对于集热器总面积计算），从表３中可以看 出，通过了“质检中心”检测的热管式和全玻璃真空 管型集热器，却不能满足《建筑给水排水设计规 范》［７］的经验值要求；②取值幅度偏小，只有５％的 幅度，没有考虑各种类型集热器的集热性能，会因采 光面积与总面积的不同，而造成较大差异的实际情 况，以及需要留有一定的余地。 因此笔者建议，《建筑给水排水设计规范》［７］应降 低基于集热器总面积计算的集热器年平均集热效率 的取值下限，并应设定一个合理的上限幅度。对于上 海地区，基于集热器采光面积计算，平板型集热器和 真空管型集热器的年平均集热效率取值，根据经验可 取４０％～６０％；基于集热器总面积计算，真空管型集 热器的年平均集热效率取值，根据经验可取３０％～ ４５％，平板型集热器的年平均集热效率取值，根据经 验可取４５％～５５％；但是，总的取值原则，应以“质检 中心”提供的集热器产品和系统的《检验报告》为准。 表３　部分生产厂家的太阳能集热器年平均集热效率（基于总面积） 集热器类型 生产厂家 规格型号 采光面积／ｍ２ 总面积／ｍ２ 面积比／％ 集热器瞬时效率曲线方程η年平均集热效率／％ 平板型 广东东莞五星 ＰＪ－２．０　 １．８２　 ２．００　 １．０９９ η＝０．７１７－３．４７２Ｔｉ ６２ 北京天普 Ｐ－Ｇ／０．６－Ｔ／Ｌ／Ｙ－１．８８　 １．８８　 ２．００　 １．０６４ η＝０．７３１－４．７７０Ｔｉ ６０ 真 空 管 型 Ｕ 型 管 山东力诺瑞特 ＱＢ－ＹＦ－３．０／１８－１　 ３．０２　 ３．４２　 １．１３２ η＝０．５７０－１．８２５Ｔｉ ５２ 山东皇明 Ｚ－ＢＪ／０．６－ＷＦ－１．７／１５　 １．７８　 ２．５２　 １．４１６ η＝０．５１１－１．９３６Ｔｉ ４５ 北京天普 Ｚ－ＢＪ／０．６－ＷＦ－１．２／１２－５８　 １．１９　 １．７３　 １．４５４ η＝０．５０２－１．７１１Ｔｉ ４５ 热 管 式 山东力诺瑞特 Ｚ－ＲＧ／ＷＦ／５８／Ｂ１　 １．６２　 ２．４８　 １．５３１ η＝０．４９１－１．５９０Ｔｉ ４４ 山东皇明 ＨＲＪ－２４／１．８　 ２．４０　 ３．３９　 １．４１３ η＝０．４８５－１．９６１Ｔｉ ４３ 全 玻 璃 山东力诺瑞特 Ｚ－ＱＢ／ＷＦ／４７／１５００　 ３．２７　 ５．５７　 １．７０３ η＝０．４２３－１．５６８Ｔｉ ３８ 山东皇明 ＪＰＳ－５０ＴＴ１８－００　 ４．８５　 ８．５０　 １．７５３ η＝０．３７６－１．５９５Ｔｉ ３３ 北京天普 ＱＢ－６．０／６０　 ４．２３　 ６．０６　 １．４３３ η＝０．４９４－１．９３４Ｔｉ ４４ 　注：集热器瞬时效率曲线方程摘自生产厂家提供的“质检中心”《检验报告》；“面积比”指集热器总面积与采光面积之比，其比值越接近１，两者 的面积越相近。 ９８　　　 给水排水　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．１０　２０１２ 地 铁 车 站 污 水 系 统 设 计 新 思 路 高凤淮　周　炜　佘世杨 （北京城建设计研究总院有限责任公司南京分院，南京　２１００２２） 　　摘要　分析了地铁工程传统污水系统在污水收集和提升过程中存在的问题，比较了墙体隐蔽式 同层排水和隔层排水、密闭污水提升和真空污水系统的优缺点，提出了同层排水结合密闭污水提升 系统的综合优势，对国内正在建设的城市轨道交通工程有参考意义。 关键词　地铁车站　同层排水　密闭污水提升　综合系统 １　地铁车站污水系统现状 地铁车站污水系统主要包括污水收集和提升两 个部分。 １．１　污水收集系统 污水收集系统一般采用传统的隔层排水系统， 卫生间内排水管必须穿越楼板进入下层，排水支管 在下层与立管相连，在实际应用中存在诸多不便，主 要存在以下３方面问题。 （１）卫生间的位置受到一定的限制。一方面地 下车站位于上层的站厅层主要是弱电房间，由于功能 需求要分类集中布置；另一方面位于下层的站台层主 要是变电所相关的强电房间，面积较大，再加上每条 线还有几个车站设有停车线或折返线，此部分区域设 有供电接触网。这些综合因素使得站厅卫生间位置 的确定比较困难，特别是商业卫生间，有时只能通过 减小面积、洁具等降低服务水平的方式来解决问题。 （２）需要预留洁具排水孔洞，施工麻烦。由于 地铁车站楼板较厚，中板厚达４００ｍｍ，且土建先行 施工，一旦孔洞遗漏或调整，会给后期洁具的安装带 来很大的麻烦。 （３）由于站台层吊顶空间紧张，采用隔层排水 系统时，管线综合协调难度比较大。站台板下空间 狭小，净空只有１　３００ｍｍ左右，敷设有供电电缆、 照明配电电缆、消防水管、生活给水管等， 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 如果是端 ３．３　尚需解决的问题 目前，“质检中心”对集热器产品和太阳能热水 系统的检测，只是出具短期时间内的检测结果，并没 有出具长期时间的跟踪检测报告。因此，由该《检验 报告》推算出的集热器年平均集热效率的数值，并不 十分准确。况且，随着集热器常年累月运行，集热器 吸收涂层的吸收比可能会逐渐下降，因此集热效率 也可能会逐渐下降（有数据显示，大概有５％的下降 幅度）。所以，对于集热器产品在整个寿命期内（国 家规范规定≥１０年）的年平均集热效率取值的确 定，还有待对大量的太阳能与建筑一体化工程应用 实例进行长期的跟踪测试与研究，以获取更为准确 的取值范围，用以正确指导工程设计选用。 参考文献 １　郑瑞澄．民用建筑太阳能热水系统工程技术手册．第２版．北京： 化学工业出版社，２０１１ ２　ＧＢ／Ｔ　４２７１—２００７太阳能集热器热性能试验方法 ３　ＧＢ／Ｔ　２００９５—２００６太阳热水系统性能评定规范 ４　ＧＢ　５０３６４—２００５民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 ５　万水．住宅建筑太阳能热水系统设计参数取值的探讨．中国给水 排水，２０１１，２７（１８）：５１～５４ ６　ＧＢ／Ｔ　１８７１３—２００２太阳热水系统设计、安装及工程验收技术 规范 ７　ＧＢ　５００１５—２００３建筑给水排水设计规范，２００９年版 ８　ＤＧＪ　０８—２００４Ａ—２００６民用建筑太阳能应用技术规程（热水系 统分册） 　　※ 通讯处：２０００４１上海市石门二路２５８号２０楼 电话：（０２１）６２４６４３３６ Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｕｉ＿ｗａｎ＠ｘｄ－ａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ 收稿日期：２０１２－０４－２０ 修回日期：２０１２－０７－０３