太阳能热水器的产水量计算

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1、(一)太阳能热水器的能量平衡方程 太阳能热水器实际吸收到的太阳辐射能一部分用来加热水，另一部分用于加热集 热器、水箱、管路等其他部分，以及支付系统各部分的热损失。根据能量平衡理 论，太阳能热水器的能量平衡方程可表达为Q=Q+Q+QAULS式中Q 每天每平方米太阳能热水器吸热表面吸收的太阳辐射，kJ或kcalAQ每天每平方米太阳能热水器中工作流体获得的热量，又称有效得热，kJ或UkcalQ.每天每平方米太阳能热水器通过辐射、对流和传导散失到周围环境的热量，又称热损失，kJ或kcalQ太阳能热水器贮存的能量，kJ或kcalS上式 Q =(ta)HATQ =MC (t -t )或 M=Q /C (t

2、 -t )U p e i U p e iQ=U(T-T)DtLLeaQ= SCDTSc其中H单位面积集热器倾斜面太阳辐射日总量kJ/ m2或kcal/m2T(t a)透过吸收率乘积%t、t、t 热水器终止水温、初始水温和环境温度CeiaM单位面积太阳能热水器的产水量kg/ m2C 一水定压比热kJ/kgC或kcal/kgCpU 一太阳能热水器总热损系数W/m2C或kcal/ m2ChLDt集热器吸收辐射的累计时间sC单位面积太阳能热水器各部分的热容kJ/ m2CcT热水器的平均温度CfDT太阳能热水器各部分的温升Ct时间s 各月代表日的选择计算各月太阳辐射日总量月平均值，按中央气象局有关专家推

3、荐，按下表选择各 月代表日以简化计算。表1各月代表日选择表月份日期太阳赤纬序日117 n-20.8417214-13.3245315-2.40744159.46105515 n18.7813561023.04161718 n21.1119981812.282309181.972611019 亍-9.842921118-19.02322121323.12347（三）珠海市的太阳辐射资源和气象条件 根据广东省气象局提供的历年统计数据，把珠海地区的气象条件列如表2供分析 参考，表2珠海2012各月及全年太阳辐射及气象资料月 份日照 时数 小时日照百分率平均风速m/S极 端 最 高 气 温 C极 端

4、最 低 气 温 C平均气温C相对湿度总辐射kj/m?直接辐射kJ/m2散射辐射kJ/m2自来 水 温C月平均日平 均月平均日平 均月平均日平 均1138.652.82.327.90.113.3693092909967158980512815000483915. 1287.729.62.228.60.014.47824824088669518034001530605466379.922.22.131.03.317.98329240094329947032081929506224489.424.32.033.07.721.9843027401009181690272322103073675144.

5、336.32.036.014.725.98540343013014145320468825811083266 :156.238.1.36.18.27.86 1400120133313980048032603201153786928 137 1231.056.1.37.21.28.8414819601554223550721125842083361956478 I210.153.1.38.21.28.8314704201517150650718624765080137871159 I196.753.2.37.15.26.80 14367601455145580700522661075546065

6、981210.559.2.33.11.23.7214360601406140670773519628063310206346 1192.557.2.32.5.319.6913731501243124380708416063053541534481170.149.2.29.1.815.6813236801042104290559715016048442836291906.44.2.38.0.021.78年累计1226年累计5487年累计67810317944779082002700247520000根据上述计算公式，按照珠海海地区=23。、S=33。，并按表1和表2提供的有 关数据，可计算珠海地

7、区倾斜面上各月太阳总辐射日总量月平均值，因为珠海地 区太阳能热水器的使用季节以冬半年为主，故只列出广州地区9、 10、 11、 12、1、2月的的计算结果如下表：表3月份水平总辐射kJ/m2水平直 射辐射kJ/im2水平散射辐射kJ/im2330倾斜 面总辐射kj/m914558.57004.87553.71.03600.991614436.01014066.57734.76331.51.25801.020714357.51112438.47083.85344.21.47381.251215562.61210429.15597.44843.81.58601.294313498.919965.7

8、5128.44838.81.52371.246412423.028865.83399.65466.61.31181.08609627.8（四）太阳能热水器的透过率、吸收率和热损系数的估算太阳能热水器由太阳能集热器、贮热水箱、循环管路、支架等组成，太阳能热水 器的透过率和吸收率即为太阳能集热器表面盖层的透过率和集热板的吸收率；而 太阳能热水器的热损系数则包括了集热器的热损失、贮热水箱的热损失和管路系统的热损失。显然，太阳能热水器的热损失大于太阳能集热器的热损失；假如贮 热水箱和循环管路的热损失为零，并假定热水器处于稳定状态，即热水器本身各 部件既不吸热也不放热，则太阳能热水器的热损失等于太阳能集

9、热器的热损失。关于透过率和吸收率乘积，国家标准GB/T6424-1997平板型太阳能集热器技术 条件规定集热器的F（ta）不低于0.68，对透明盖板太阳透射比t的要求规定Re不低于0.78，对于工程应用而言，通常可用ta值近似地代表（ta），一般国产e35毫米玻璃的太阳透射比0.80.85，而集热板的吸收率据有关文献报道，大约 为0.90.95，如果t=0.83，a=0.93，则集热器的光效率近似等于0.77。至于集热器的热损系数，国标GB/T6424-1997规定热损系数FU不高于6.0W/mCRL（即5.167kcal/m?Ch），假设珠海市冬半年太阳能热水器有效工作时间为6小 时，对温升

10、30C的集热器来说，每平方米6小时的热损失为3888kJ/m?（或 930kcal/mJ，若当天的太阳辐射总量为16720kJ/（4000kcal/），集热器 的热损失约占总辐射能量的23.3%。（五）关于珠海地区太阳能热水器的产水量的预测根据太阳能热水器的日产水量近似计算公式按照 G=330、T=0.85、a=0.95、U=4W/m2、（T-T）=30C、At=6 小时、T =T， 并假设水箱管路绝热，可计算出以下表格：e ia i表4 性能优异的太阳能热水器的月平均产水量（珠海地区）月 份水平总辐 射kj/m?33。倾斜面总 辐射kj/m平均温 度 C热水温 度 C热水产量 kg有效得 热

11、 kj/m效率%914558.514436.026.956.972.269061.462.81014066.514357.523.453.471.758997.562.71112438.415562.619.449.479.519970.663.71210429.113498.915.245.266.228304.061.519965.712423.013.343.359.307436.259.828865.89627.814.444.441.305179.053.8平均11720.713317.618.848.865.18158.160.7表5 不同日效率太阳能热水器在珠海地区的产水量月 份

12、太阳总辐射日总量月 平均值kj/m项目太阳能热水器日效率（）45505560914436.0有效得热 kj/m6496.17218.07939.98661.8产水量 kg51.857.663.369.11014357.5有效得热 kJ/m6461.07178.77896.48614.6产水量 kg50.557.36368.71115562.6有效得热 kj/m7003.27781.48559.49337.7产水量 kg55.862.168.374.51213498.9有效得热 kj/m6074.46749.47424.58099.2产水量 kg48.452.859.264.6112423.0有

13、效得热 kj/m5590.36211.56832.67453.8产水量 kg44.649.554.559.429627.8有效得热 kj/m433264814.15295.25776.8产水量 kg34.638.442.246.1表6晴天不同日效率的太阳能热水器在珠海地区的产水量（温升30C）日效率%45505560有效得热kj/m75248360919610032kcal/m1800200022002400产水量kg60.066.773.380.0注：太阳辐射为 16720 kJ/m?（4000 kcal/mj（六）初步结论1.根据各地接受太阳辐射总量的多少，可将全国划分为五类地区，珠海属于第三类地区，为中等类型地区，所以珠海地区冬半年太阳能热水器的产水量不可能太2. 性能优异的太阳能热水器（热效率60%），在珠海地区冬半年每平方米集热面 积有效得热约为8158.1kJ/m d （1951.7 kcal/m d），产生温升为30C的热水 产量约为65kg。3. 性能优异的太阳能热水器(热效率60%)，在珠海地区冬半年晴天时(太阳辐射为16720 kj/m? d (4000 kcal/m? d),可产温升为30C的热水约为80kg (有 效得热为 10032 kj/m d (2400 kcal/md)o