[发明专利]一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式

说明书

一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算法，是在国家GB50364‑2005技术规范提供的计算集热总面积公式基础上创建，一是将计算集热器总面积表达式调整为计算集热器产水量算式，二是将公式中的平均日辐照量、水的初始温度由确定值，更改为逐日变化的随机变量值，三是将设计热水负荷从公式中分离出来，成为集热器产水量的基准值。通过多次聚类分析，提出了集热器面积、贮水箱容量、辅助加热装置容量配置的设计参数算法，并经海口、三亚、西沙三地太阳能热水工程的测算验证，实现了集热器、贮水箱、辅助加热装置三个主体设备符合太阳能辐射生产热水内在特征的最佳合理匹配，达到既省投资又节能的双赢效益。

技术领域

本专利涉及太阳能热水工程设计领域，具体涉及一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式，简称本算法。

背景技术

太阳能热水工程是由集热器、贮水箱、辅助加热装置及其传送冷、热水与控制运行的系统构成。目前在太阳能热水工程中，设计集热器、贮水箱与辅助加热装置容量的匹配方法一般采用的有三种，一是在日热水负荷已知后，按照国家建筑太阳能热水系统应用技术规范（GB50364-2005）中集热器总面积公式测算确定，二是根据制造商或开发商提供的晴天一支或一组真空管产水量（在设定的环境温度与平均日辐照量下进行），按已知的日热水负荷，进行总面积配置，三是采用国外F-Chartt等软件，输入多变量确定。但这些方法都是采用平均日太阳辐照量。平均环境温度等变量值输入，可统称为平均值法。这种平均值法只能准确测算一个点的产水值，而不能拟合出集热器产水量随辐射量不断变化的随机规律，测算集热器面积结果只能是近似值，一个点的产水值，更不能量化贮水箱与辅助加热设备容量。所以，在工程中，贮水箱与辅助加热设备容量通常是比照集热器设计热水负荷进行配置，即三者按1:1:1比例配置，或者称为同容量的双能源配置。这种配置的太阳能工程热水机组在不同纬度地区应用，存在以下问题：一是不能体现辐射能、气温等气象资源随机变化的特点；二是工程组件设计匹配不合理，只有集热器按国家规范的公式计算确定，而贮水箱与辅助加热设备容量则无公式计算确定，具有随意性，体现不出太阳辐射制热中的辅助功能角色；三是投资与节能达不到理想化效果。为解决上述问题，我们用统计学方法，以国家气象局和气候中心公布的各地区逐日辐射、逐日气温数据为基础，从系统研究气象资源入手，对GB-50364-2005提供的计算集热总面积公式进行了修正、调整与创新，建立了符合太阳辐射制热水的内在特点与规律的求解随机变量—集热器产水量算式，通过聚类分析，进而建立了的分项计算集热器面积、贮水箱与辅助加热装置容量的算式，为合理设计三大主体设备容量及其配置比例而研发出的一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式。这一算式是在专利号201010272073.8的“一种适宜热带地区太阳能热水工程主体设备配置的设计方法”基础上的改进与发展并经海口、三亚、西沙三地区太阳能热水工程主体设备的设计参数算法的验证。

发明内容

本算式所要解决的技术问题是：在国家GB50364-2005技术规范提供的计算集热总面积公式基础上创建，一是将现有技术规范计算集热器总面积公式调整为计算集热器产水量算式，二是将公式中的平均日辐照量、水的初始温度由确定值，更改为逐日变化的随机变化值，三是将设计热水负荷从公式中分离出来，成为集热器产水量的基准值，通过多次聚类分析，提出了集热器面积、贮水箱容量、辅助加热装置容量配置的设计参数算法，并经海口、三亚、西沙三地太阳能热水工程的测算验证，实现了集热器、贮水箱、辅助加热装置三个主体设备符合太阳能辐射生产热水内在特征的最佳合理匹配，达到既省投资又节能的双赢效益。

为解决上述技术问题，采取的技术方案为：

一是将国家GB-50364-2005技术规范提供的计算集热器总面积公式：