太陽能工程計算常用公式

1、第一節(jié) 前后排間距排間距計算：D=H*ctgaD：集熱器遮光物或集熱器前后排間距的最小距離H：遮光物最高點與集熱器最低點間的垂直距離a：當?shù)卮呵锓终?2時的太陽高度角(季節(jié)性使用) 當?shù)囟寥照?2時的太陽高度角(全年性使用)第二節(jié) 集熱面積集熱面積可根據(jù)用戶的每日用水量和用水溫度來確定，按下式計算：有效集熱面積：m2每日用水量：kg水的定壓比熱容：kj/(kg·)儲水箱內(nèi)的終止溫度：水的初始溫度：太陽能保證率，無因次；根據(jù)用戶要求確定一般取0.60.9系統(tǒng)使用期內(nèi)太陽輻照最低月的集熱器受熱面平均熱輻射量：kj/ m2集熱器全日集熱效率，無因次；根據(jù)經(jīng)驗值取0.45至0.6。管路

2、及儲水箱損失率，無因次；根據(jù)經(jīng)驗值取。第三節(jié) 熱水使用量計算方法集中熱水供給系統(tǒng)中，鍋爐、水加熱器的設計小時熱水供給量和貯水器的容積，應根據(jù)日熱水用量小時變化曲線，加熱方式及鍋爐、水加熱器的工作制度經(jīng)計算確定。 住宅、旅館、醫(yī)院等建筑的集中熱水供給系統(tǒng)全日供熱水時的設計小時耗熱量，應按下式計算：Q=Kh·m·qr·c·(tr-t1)/86400()式中Q設計小時耗熱量(W)；m用水計算單位數(shù)人數(shù)或床位數(shù)；qr熱水用水定額L/人·d或L/床·d等c水的比熱(J/kg·C)；tr熱水溫度() t1冷水溫度() Kh小時變化系數(shù)，

3、全日供給熱水時可按表居住人數(shù)m10015020025030050010003000Kh旅館的熱水小時變化系數(shù)Kh值表-2床位數(shù)m1503004506009001200Kh醫(yī)院的熱水小時變化系數(shù)Kh值表-3床位數(shù)m5075100200300500Kh注：當旅館、醫(yī)院、療養(yǎng)院已有衛(wèi)生器具數(shù)時，可按第條規(guī)定計算設計小時耗熱量，其衛(wèi)生器具同時使用百分數(shù)，旅館客房衛(wèi)生間內(nèi)浴盆可按30%50%計，其他器具不計；醫(yī)院、療養(yǎng)院病房內(nèi)衛(wèi)生間的浴盆可按25%50%計，其他器具不計。不同類型建筑，由同一供熱站供給熱水時，應計算建筑物之間熱水供給的同時使用百分數(shù)。第4.3.3條工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、學校、劇院、體

4、育館場等建筑的集中熱水供給系統(tǒng)全日供熱水時的設計小時耗熱量，應按下式計算：Q=·qh·c·(tr-t1)no·b/3600(4.3.3)式中Q設計小時耗熱量(W)；qh衛(wèi)生器具熱水的小時用水定額(L/h)，應按本標準表4.1.2-2采用；c水的比熱(J/kg·C)；tr熱水溫度()應按本標準表4.1.2-2采用；t1冷水溫度()宜按本標準第4.1.5條規(guī)定采用；no同類型衛(wèi)生器具數(shù)；b衛(wèi)生器具同時使用百分數(shù)；公共浴室和工業(yè)企業(yè)生活間、學校、劇院及體育館場等的浴室內(nèi)的淋浴器和洗臉盆均應按100%計。 冷水的計算溫度，應以當?shù)刈罾湓缕骄疁刭Y料確定

5、。當無水溫資料時，可按表采用。冷水計算溫度表分區(qū)地面水水溫()地下水水溫()第1分區(qū)第2分區(qū)第3分區(qū)第4分區(qū)第5分區(qū)4451015761010151520201520注：分區(qū)的具體劃分，應按現(xiàn)行的?室外給水設計標準?的規(guī)定確定。第四節(jié) 熱水器風荷載計算校核1、熱水器各部件自重1該熱水器上滿水后，水箱內(nèi)水為130kg，重量為：130kg×1274N；2水箱質(zhì)量20kg，重量：20kg×；320支真空管的重量：×20×N；4上水后真空管內(nèi)水的重量：(0.037/2)²××1×1000kg/m³×&#

6、215;20=5N；2、熱水器受力分析××1.189= 12級風荷載為0.3kN/即300N/ F風=300N/×=N G= 337.015+264.6=N 由于熱水器反面受到的風的力比正面大，故以反面受力為主計算。以O點為原點，熱水器受到的風的力矩為M風F風cos40°×(1840+240)/2=Ncos40°×1040·m 水箱及水的重力力矩為M水箱=(1274+196) cos50°×·m 真空管及管內(nèi)水重力力矩為M真空管= cos50°×·m由以上

7、計算可見M水箱+M真空管>M風那么熱水器受到的風荷載影響極小。平安系數(shù)S=(M水箱+M真空管)/ M風注：最大受風面積是按太陽熱水器前后向正投影面積，由于該型熱水器中間間隙頗多；且如圖七水箱及真空管外形為圓形，風阻小于最大截面風阻。故現(xiàn)場熱水器受到的風荷載比F風值還要小。第五節(jié) 海水淡化計算每天熱水器工作八小時，出水溫度T=65。當太陽能熱水器的進水溫度為T1=45時，平均每小時產(chǎn)熱水1.5噸，熱水器效率為0.35；進水溫度為T2=60時，平均每小時產(chǎn)熱水6噸，熱水器效率為0.40。兩種情況同時存在，問總共需要多少平方米的太陽能集熱器。當?shù)靥栞椪樟堪磭覛庀缶纸y(tǒng)計的濟南市與萊州緯度相差

8、不大2000年數(shù)據(jù)計算。2000年濟南市太陽輻照量單位MJ/如下：全年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1噸海水升溫至65所需熱量-(1)式中 Q海水升溫吸收的熱量kJm海水的質(zhì)量 Cp海水的定壓比熱容 kJ/(·) t進出太陽熱水器的海水溫差m=1000Cp=4.06kJ/(·)t1=T-T1=20t2=T-T2=5計算所得 Q1=80320kJQ2=20210kJ加熱海水所需太陽能集熱器的面積-(2)式中 Q海水升溫吸收的熱量KJ q 太陽輻照量 KJ/ 太陽熱水器的熱效率系統(tǒng)需要的總的集熱器面積為-(3)式中 A1進水溫度為45時的集熱面積 A2進

9、水溫度為60時的集熱面積 將太陽輻照量換算成傾斜面上總的太陽輻照量熱水器傾角為38°。利用 IEA方法計算：1大氣層外的太陽輻照量-3式中：1164為太陽常數(shù)，D一年中這一天的通算日數(shù)，D按每個月的15日計算。2不同時刻的太陽輻照量 一天中不同時刻的太陽輻照量取月平均值，可消除因天氣狀態(tài)的不同而引起的不規(guī)那么性，而成為一條光滑的曲線，曲線的形狀在水平面上大致是一條正弦曲線，用式子表示出來，那么為-4式中：Q每月的日平均輻照量；TO日照時間，取10小時；T時刻太陽時：3有關太陽高度位置的三個值-5-6-7式中： L緯度；太陽赤緯，取月中太陽赤緯；t 時角以正南為0°，每一小時

10、為15°，用角度表示時刻。月中太陽赤緯的計算為-8n這一天在這一年中的序號4求大氣層外水平面太陽輻射量IOH及地面法線面的直接太陽輻射量IH-(9)-(10)-(11)假設IDN860時，取IDN=860；假設IDN0時，取IDN=0。5求水平面的天空太陽輻射量IHS-(10)當IHS0時，取IDN= IH/ sinh0，IHS =0。6求傾斜角的入射角余弦cosi-(11)式中傾斜角的傾角；傾斜角的方位角。并且，cosi0.017時,取cosi=0。7所求傾斜角的總太陽輻射量Ip根據(jù)下式估算-(12)式中：地面的反射率，取0.1。所需太陽能集熱器的面積，如下表表1123456789

11、101112輻照量80191174117596183161859118134180681661514614819471316162斜面輻照量106421591119873185651679416404160431557715618785184787415有效輻照量99411510618976177411600715604152731487014941750580076861集熱面積A1 m2243160127136151155158162162321301352集熱面積A2 m2277183146156172177181186185367344402總集熱面積 m2 5203432732923

12、23332339348347688645754注： 輻照量為水平面上的日平均輻照量 Kj/m2·日斜面輻照量為斜面上的日平均總輻照量Kj/m2·日有效輻照量為熱水器工作時間內(nèi)斜面上的日平均總輻照量Kj/m2·日第六節(jié) 冷水量、熱水量和混合水量的計算M：混合水溫用戶使用水溫H：熱水溫度爐水溫度，一般也為用戶所設定C：冷水溫度爐進口水溫或混合用冷水溫(公式3)冷水量熱水量=混合溫水量熱水量/混合溫水量=混合水溫度M冷水溫度C/熱水溫度H冷水溫度C冷水量/混合溫水量=熱水溫度H混合水溫度M/熱水溫度H冷水溫度C例如：M為42，H為60，C為4，熱水份額=424/604=

13、38/56=67.8%冷水份額=(6042)/(604) =18/56=0.32=32% M為42，H為65，C為4，熱水份額=424/654=38/61=0.622=62.2%冷水份額=(6542)/(654) =23/61=0.378=37.8%注：一般生活用熱水最正確水溫42。超過42對人體皮膚有損害。熱水爐的最高設定溫度為65-77，建議設在60，為了能夠較多地儲藏熱量，可以提高熱水的溫度。u     例如：設定在60時，按上面的計算看出，使用42的熱水的總量中需要67.8%的60的熱水與32%的4的冷水混合。即熱設計使用熱水量為2噸4

14、2，那么需提供60的熱水為60的熱水，可滿足客戶的要求。第七節(jié) 水力計算（一） 單位長度水頭損失2/dj管道單位長度的水頭損失<mH2O> V管道內(nèi)平均水流速度<m/s> dj管道計算內(nèi)徑<m>（二） 局部水頭損失hj=V2/2GhJ局部水頭損失之和<mH2O>、局部阻力系數(shù)V、平均水流數(shù)度<m/s>G、重力加速度<m/s2>簡化計算，按沿程水頭損失20計算。第八節(jié) 膨脹水箱計算V=a·t·VsV膨脹水箱的有效容積即由信號管到溢流管之間高差內(nèi)的容積t最大的水溫變化值Vs系統(tǒng)內(nèi)的水容量，即系統(tǒng)管道中和設備

15、內(nèi)存中水的總和。第九節(jié) 電加熱計算1、電加熱時間計算：T=cmt/P*3600T電加熱所需時間；c水的比熱(J/kg·C)；m每天所需水的質(zhì)量kgt溫升；電加熱的效率；P電加熱的功率；2、電加熱功率計算：P=cmt/T*3600T電加熱所需時間；c水的比熱(J/kg·C)；m每天所需水的質(zhì)量kg；t溫升；電加熱的效率；P電加熱的功率；第十節(jié) 水泵和排水系統(tǒng)效率計算 (1)水泵效率是指水泵有效功率與軸功率之比。即    式中 水泵效率()。 (2)管路效率是指水泵排水垂高與總揚程之比。即 式中 g管路效率()。 (3)排水系統(tǒng)效率是指排水設備的總效率，等于

16、水泵效率、管路效率和電動機效 率的乘積。即 式中 c排水系統(tǒng)效率 電動機輸入功率KW d電動機效率水泵功率的測定和計算 (1)水泵的有效功率是指水泵輸出功率，即水通過水泵獲得的功率?？砂聪率接嬎悖?式中 水泵的有效功率(kW) Q水泵流量(m3min) H水泵總揚程( mH2O )，   水的比重/ m3， 清水等于1000/ m3對于礦井水一般含有泥沙，應實測確定。 (2)水泵的軸功率是指水泵輸入功率，當水泵直接由電動機帶動 時，就等于電動機的輸出功率。 軸功率還可根據(jù)測到的扭轉(zhuǎn)力矩按下式計算：  式中 P水泵軸功率(kW)，    

17、0;            M水泵軸上的扭轉(zhuǎn)力矩(kg-m)                 n水泵轉(zhuǎn)速(r.pm) 管路阻力系數(shù)的計算 水經(jīng)過水泵獲得能量后，沿管路從井下排送到地面。由于管路的不同水泵將排送不同的流量，同時需要克服不同的阻力。對于一定結構的管路，通過流量愈大，管路的阻力損失也愈大，相反那么愈小。如果通過流量為零，那就根本

18、不產(chǎn)生租力：損失。管路特性曲線就是反映流量與阻力損失的變饞關系的曲線。阻力損失包括：吸水管路和排水管路的沿程損失(直管損失)以及彎管，各種閘閥等所造成的局部損失。管路結構一定時，阻力損失與管路中水流速度或流量的平方成正比。因此阻力損失可以下式表示： 式中        HW管路損失壓頭mH2O 沿程損失與各種局部損失系數(shù)之和；       v 管路中水的流速m/s           &

19、#160;         K比例系數(shù)，                     RT管路阻力系數(shù)。       上式可由圖35的拋物線表示。因為水泵揚程H等于排水垂高Ha和管路損失壓頭H之和，而排水垂高對于既定的排水系統(tǒng)是一個常數(shù)， 它不隨流量Q而改變。所以拋物線頂點的位置是在

20、H=Ha和Q=0的點上。 由管路特性方程                            可以求得管路阻力系數(shù)   式中H是將流量Q從一定結構的管路(阻力系數(shù)為 )中排送出去所必須的壓頭。在這個既定管路上，如流量Q發(fā)生變化，H也將變化，所以只要管路阻力系數(shù)確定 后，就可以將這個既定管路的特性曲線繪制出來 總揚程的測定 水泵總揚程等于排水垂高水柱和管路阻力損失水柱之和。 測定總揚程可在水泵進，出口法蘭盤小孔上，分別裝上真空表(吸水方式抽吸式)和壓力表， 并在表的連通管上裝上旋塞。測定時翻開旋塞，記下讀數(shù)，再按下式算出揚程(見圖34)。  式中 H總揚程(m)