5.4.1  本条强调了太阳能热水系统中集热系统设计的一些基本规定。

    1  鉴于我国目前的实际情况，开发商为充分利用所购买的土地，在进行规划时确定的容积率普遍偏高，从而影响到建筑物的底层房间只能刚刚达到规范要求的日照标准，所以虽然在屋顶上安装的太阳能集热系统本身并不高，但还有可能影响到相邻建筑的底层房间不能满足日照标准要求；此外，在阳台或墙面上安装有一定倾角的太阳能集热器时，也有可能影响下层房间不能满足日照标准要求，所以在进行集热系统设计时必须予以充分重视。为保证集热系统的基本节能效率，特规定在日照标准日(冬至日)连续有效日照时间不得小于4h。每天有效日照时间的时间段为中午12点前后各4h，即8：00～16：00时段中连续4h为有效日照时间。

    2  对于安装在民用建筑的太阳能热水系统，本条规定无论系统的太阳能集热器、支架等部件安装在建筑物的哪个部位，都应与建筑功能和建筑造型一并设计。

    3  建筑物的主体结构在伸缩缝、沉降缝、抗震缝等的变形缝两侧会发生相对位移，跨越变形缝时容易受到破坏，所以太阳能集热器不应跨越主体结构的变形缝。

    4  现有太阳能集热器产品的尺寸规格不一定满足建筑设计的要求，因而本款强调了太阳能集热器的尺寸规格最好要与建筑模数相协调。

5.4.2  太阳能集热系统设计中，集热器面积的确定是一个十分重要的问题，而集热器面积的精确计算又是一个比较复杂的问题。

    在欧美等发达国家，集热器面积的精确计算一般都采用F-Chart软件、Trnsys软件或其他类似的软件来进行，它们是根据系统所选太阳能集热器的瞬时效率方程(通过试验测定)及安装位置(倾角和方位角)，再输入太阳能热水系统使用当地的地理纬度、平均太阳辐照量、平均环境温度、平均热水温度、平均热水用量、贮热水箱和管路平均热损失率、太阳能保证率等数据，按一定的计算机程序计算出来的。

    然而，我国目前尚未将这种计算软件列入国家标准内容。本条在现行国家标准《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB／T 18713的基础上，依据能量平衡的基本原理，规定了确定集热器总面积的计算方法，其中分别规定了在直接系统和间接系统两种情况下集热器总面积的计算方法。

    集热器面积可以分为：集热器总面积、采光面积、吸热体面积等几种。集热器总面积的定义是：整个集热器的最大投影面积。本标准之所以计算集热器总面积，而不计算采光面积或吸热体面积，是因为在民用建筑安装太阳能热水系统的情况下，建筑师关心的是在有限的建筑围护结构中太阳能集热器究竟占据多大的空间。

    1  在确定直接系统的集热器总面积时，日太阳辐照量JT取当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，本标准推荐按附录A选取日均用热水量Qw与平均日热水用水定额qr和同日使用率b1有直接的关系，其中平均日热水用水定额qr的数值，本标准推荐按表5.4.2-1选取，同日使用率b1的数值，本标准推荐按表5.4.2-2选取；太阳能保证率f的取值，是根据系统使用期内的太阳能辐照条件、系统的经济性及用户的具体要求等因素综合考虑后确定，本标准推荐按表5.4.2-3选取；集热器年平均集热效率ηcd的取值，要根据集热器产品的实际测试结果而定，本标准推荐按附录B说明的方法进行计算；至于太阳能集热系统中贮热水箱和管路的热损失率ηL，本标准推荐取0.20～0.30，此数值是根据我国长期使用太阳能热水系统所积累的经验而选取的，能基本满足实际系统设计的要求。

    我国是一个缺水国家，尤其是北方地区严重缺水，因此在考虑提高人民生活水平且满足基本使用要求的前提下，现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015体现了“节水”这个重大原则。由于热水定额的幅度较大，因而可以根据地区水资源情况，在本标准表5.4.2-1中酌情选值，一般缺水地区应选用定额的低值。

    按照水平面上年太阳辐照量和年日照时数的大小，可将我国太阳能资源区划分为四个等级，它们分别是：资源极富区、资源丰富区、资源较富区和资源一般区。太阳能保证率f是确定太阳能集热器面积的一个关键参数，也是影响太阳能热水系统经济性能的重要参数。实际选用的太阳能保证率f与系统使用期内的太阳辐照、气候条件、产品性能、热水负荷、使用特点、系统成本和预期投资规模等诸多因素有关。本标准表5.4.2-3主要是按照不同地区的太阳能资源给出了f的取值范围。在具体取值时，凡太阳能资源好、预期投资大的工程，可选相对较高的太阳能保证率值；反之，则取较低值。

    2  在确定间接系统的集热器总面积时，由于间接系统的换热器内外存在传热温差，使得在获得相同温度热水的情况下，间接系统比直接系统集热器的运行温度稍高，从而造成集热器效率略为降低。本标准用换热器传热系数Uhx、换热器换热面积Ahx和集热器总热损系数U等参数来表示换热器对于集热器效率的影响。本标准虽然对平板型集热器和真空管集热器分别推荐了U的取值范围，但强调U的具体数值要根据集热器产品的实际测试结果而定。在实际计算过程中，当确定了直接系统的集热器总面积AC之后，就可以根据上述这些数值，确定出间接系统的集热器总面积AIN。

    通常在采用第5.4.2条所述方法计算集热器总面积之前，也就是在方案设计阶段，可以根据建筑物所在地区太阳能条件来估算集热器总面积。表3列出了每产生100L热水量所需系统集热器总面积的推荐值：

表3   每100L热水量的系统集热器总面积推荐值

    此表是根据我国不同等级太阳能资源区有不同的年日照时数和不同的水平面上年太阳辐照量，再按每产生100L热水量分别估算出不同等级地区所需要的集热器总面积，其结果一般在1.2m2／100L～2.2m2／100L之间。

5.4.3  本条特别说明，在有些情况下，当建筑围护结构表面不够安装按本标准5.4.2条计算所得的集热器总面积时，也可以按围护结构表面最大容许安装面积来确定集热器总面积。

5.4.4  本条还特别说明，在有些情况下，由于集热器倾角或方位角受到条件限制，按本标准5.4.2条所述方法计算出的集热器总面积已经不够了，这时就需要按补偿方式适当增加面积。但是本条还规定，补偿面积不得超过按本标准5.4.2条计算所得面积的一倍。

5.4.5  本条规定了各种条件下贮热装置有效容积的计算方法。

    1  本款规定了集中集热、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，辅助能源设在后者内。理由是便于自动控制，充分利用太阳能，取得较好的节能效果。此款还规定了贮热水箱的容积计算方法。

    2  本款强调了供热水箱的有效容积应符合现行国家标准的规定。

    3  本款规定了集中集热、分散供热太阳能热水系统宜设有缓冲水箱，并规定其数值不宜小于10％Vrx。

5.4.6  本条规定了集热系统设计流量的计算公式，式中的计算参数Aj是集热器(采光)总面积，而优化系统设计流量的关键是要合理确定集热器单位面积流量。

    集热器单位面积流量与集热器的特性有关。国外生产企业的普遍做法是根据集热器产品的不同结构特点，委托相关的权威检测机构给出与产品的压力降性能相对应、在不同运行工况下单位面积流量的合理选值，并列入企业的产品样本；而我国企业目前对集热器产品流动阻力及性能优化检测的认识水平还不高，大部分企业的产品都缺乏该项检测数据。当使用防冻液时，应注意循环管路的阻力损失。

    因此，在没有生产企业提供相关数值的情况下，本条推荐了集热器单位面积流量设计取值0.054m3／(h·m2)～0.072m3／(h·m2)，相当于0.015L／(s·m2)～0.020L／(s·m2)。当然，今后还应积极引导企业关注集热器产品的压力降性能检测，逐步积累我国各类集热系统的流量优化设计参数。

5.4.7  根据现行国家标准《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB／T 18713的要求，本条规定了集热器的最佳安装倾角，其数值等于当地纬度±10°。这条要求对于一般情况下的平板型集热器和真空管集热器都是适用的。

    当然，对于东西向水平放置的全玻璃真空管集热器，安装倾角可适当减少；对于墙面上安装的各种太阳能集热器，更是一种特例了。

5.4.8  本条较为具体地规定了太阳能集热器设置在平屋面上的各项技术要求。

    有关集热器的朝向，本条不仅提出了集热器朝向为正南，而且提出了集热器朝向可为南偏东或南偏西不大于30°。

    有关集热器前后排的间距，本条给出了较为通用的计算公式，它不仅适用于朝向为正南的集热器，而且也适用于朝向为南偏东或南偏西的集热器。

5.4.9  本条较为具体地规定了太阳能集热器设置在坡屋面上的各项技术要求。其中，强调了作为屋面板的集热器应安装在建筑承重结构上，这实际上已构成建筑集热坡屋面。

5.4.12  本条为强制性条文。为了保障太阳能热水系统的使用安全，本条特别强调了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设施，防止因热水渗漏到屋内或楼下而危及人身安全。

5.4.15  本条关于单排连接的集热器总面积限制是综合考虑了管路阻力、集热器温升等因素，目的是要避免集热器长时间运行过程中出现局部温度过高以及集热效率下降。关于子系统的集热器总面积限制，是要减少因实际情况下的流量分配不均匀而导致大型系统的集热不均匀现象。

    本条有关集热器连接的大部分数据都是按照现行国家标准《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB／T 18713的规定，并根据多年来积累的实践经验而提出的。

5.4.17  本条根据不同规模的太阳能热水系统，规定了不同形式的换热器。

    1  板式换热器是最典型的双循环换热器，安装在储热装置外部，具有传热效率高、容积换热量大、换热温差小等特点。

    2  管式换热器和套筒式换热器都属于单循环换热器，一般都跟储热装置结合在一起，流动阻力小，换热面积有限，计算应满足《建筑给水排水设计规范》GB 50015的要求。

5.4.18  本条规定集热器组之间的连接应按“同程原则”并联，这实质上是规定每个集热器的传热工质流入路径应与回流路径的长度相同，其目的是要使各个集热器内的流量分配均匀，从而使太阳能集热系统的效率达到最大值。

5.4.19  本条规定了太阳能热水系统中常用的几种防冻方法。

    1  对于直接系统，既可采用回流方法防冻，即在循环泵停止运行之后，使集热器和循环管路中的水自行流入贮热水箱，次日循环泵工作时，水重新泵入集热器和循环管路；也可采用排空方法防冻，即在环境温度低于0℃之前，将集热器和循环管路中的水全部排空，使系统冬季停止使用。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，即在循环管路中的水接近冻结温度之前，强迫集热系统进行循环。

    2  对于间接系统，可采用防冻传热工质进行防冻。本款还特别强调指出，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。

    根据现行国家标准《家用分体双回路太阳能热水系统技术条件》GB／T 26970，表4给出了几种防冻液的物理性质。

表4  几种防冻液的物理性质

    注：防冻液的性能要求：①良好的防冻性能；②防腐、防结垢及防锈性能；③对橡胶密封导管无溶胀及侵蚀性能；④低温黏度不太大；⑤化学性质稳定。

    表5给出了乙二醇防冻液冰点和浓度的关系。

表5  乙二醇防冻液冰点和浓度的关系

    注：根据环境温度条件选择防冻液的冰点，一般要选择比所在地区最低环境温度低10℃以上的浓度为宜。

5.4.20  本条有关太阳能集热系统中循环管路设计的具体数据和各项要求，都是引自现行国家标准《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB／T 18713的规定。

    其中，在使用平板型集热器的自然循环系统中，由于系统是仅利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差进行循环的，因此为了保证系统有足够的热虹吸压头，规定贮热水箱的下循环管口比集热器的上循环管口至少高0.3m是必要的。

5.4.21  本条规定了太阳能热水系统与建筑一体化设计时，对新建建筑和既有建筑，热水系统管路设计应注意的问题。

5.4.24  本条强调了太阳能集热器支架的刚度、强度、防腐蚀性能等，均应满足安全要求，并与建筑牢固连接。当采用钢结构材料制作支架时，应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／T 700规定的要求。在不影响支架承载力的情况下，所有钢结构支架材料(如角钢、方管、槽钢等)应选择利于排水的方式组装。当由于结构或其他原因造成不易排水时，应采取合理的排水措施，确保排水通畅。

5.4.26  集热器表面应定时清洗，否则会影响集热效率。这条主要是为清洗提供方便而作的规定。