太陽能供暖系統設計與安裝（簡體書）

《太陽能供暖系統設計與安裝》從太陽輻射的基礎知識入手，系統地介紹了供采暖用的各種太陽能集熱器，房屋隔熱保溫的重要性和實施方法，各種輔助熱源的特點及選擇：同時對地下長期儲存太陽能的理論和實踐進行了探索，特別對太陽能集熱器陣列的排布安裝和整個供暖系統的運行原理、設計方法進行了較充分的分析論述。《太陽能供暖系統設計與安裝》可供從事太陽能供暖的工程技術人員使用，也可供大專院校相關專業的師生學習參考。

第1章 太陽能供暖概述 1
1.1 太陽能是未來世界的主要能源 1
1.2 太陽能發展的3個階段 2
1.3 我國冬季采暖現狀 3
1.3.1 我國建築采暖能耗 3
1.3.2 建築采暖用能現狀 3
1.4 太陽能——城鄉低層建築供暖的必然選擇 4
1.5 太陽能供暖的技術和經濟分析 6
1.5.1 太陽能供熱采暖的技術可行性 6
1.5.2 太陽能供熱采暖的經濟可行性 9
1.6 太陽能供暖的現狀和基本流程 11
1.6.1 太陽能供暖的現狀 11
1.6.2 太陽能主動式采暖的基本流程 12
1.7 太陽能供暖與普通熱水工程的區別 13
1.7.1 應用的目的和客戶不同 13
1.7.2 使用時間不同 13
1.7.3 集熱溫度不同 14
1.7.4 對儲存能量的要求不同 14
1.7.5 系統設計不同 15
1.7.6 管理維護方式不同 15
.1.7.7 對集熱效果、系統效益的要求不同 16

第2章 太陽輻射能和集熱器面積計算 18
2.1 太陽輻射能 18
2.1.1 太陽輻射能簡介 18
2.1.2 太陽常數 19
2.1.3 太陽能資源的特點 19
2.2 太陽光譜分布和太陽能的吸收 20
2.2.1 太陽輻射光譜 20
2.2.2 太陽光譜的吸收、反射和透過 22
2.3 大氣透明度 22
2.3.1 到達地球表面上的太陽輻射能 22
2.3.2 直接輻射和散射輻射 23
2.3.3 大氣層對太陽輻射的衰減作用 23
2.3.4 大氣質量 24
2.4 我國太陽能資源的分布 25
2.5 太陽能集熱器面積的一般計算方法 27
2.5.1 供暖保證率 27
2.5.2 采熱負荷計算 28
2.5.3 太陽能集熱器面積 29
2.6 太陽能直接供暖系統集熱器面積的確定 30
2.7 有輔助熱源的采暖系統太陽能集熱面積的計算 31
2.7.1 電輔助熱源 31
2.7.2 熱泵 31
2.7.3 燃氣鍋爐 32
2.7.4 柴草鍋爐 32
2.7.5 煤鍋爐 32
2.8 有能量儲存系統的太陽能集熱面積的確定 33

第3章 太陽視運動規律和太陽能集熱器安裝角度 35
3.1 球面三角基本知識 35
3.1.1 球面幾何的一些概念 35
3.1.2 球面三角形邊角關係 37
3.2 地球的公轉和赤緯角 37
3.3 太陽的周日視運動 40
3.3.1 天球坐標系 40
3.3.2 太陽視運動的軌道 41
3.4 太陽視運動的解析表達式 43
3.4.1 地平坐標系 43
3.4.2 赤道坐標系 44
3.4.3 太陽視運動的解析表達式 45
3.5 我國太陽周日視運動規律 46
3.6 太陽時與時鐘的換算 50
3.6.1 真太陽時和平太陽時 50
3.6.2 真太陽時和時鐘 51
3.7 太陽能集熱器安裝傾角的確定 52
3.7.1 集熱器的安裝角度 52
3.7.2 太陽能集熱器方位角的確定 55
3.7.3 太陽能集熱器安裝的前后間距 56

第4章 太陽能的吸收、傳輸和儲存 57
4.1 傳熱學基礎知識 57
4.1.1 溫度和熱量 57
4.1.2 比熱容和熱量計算 58
4.1.3 熱力學基本定律 58
4.1.4 熱量傳遞的基本方式 59
4.2 熱傳遞在太陽能采暖上的應用舉例 66
4.2.1 提高器件熱傳遞能力，增強換熱功能 66
4.2.2 抑制傳熱功能，提高設施的隔熱保溫性能 66
4.3 傳熱介質 68
4.3.1 水 69
4.3.2 空氣 69
4.3.3 液態有機物 70
4.3.4 鹽類的水合物、水溶液 71
4.3.5 金屬 71
4.3.6 土壤 71
4.3.7 相變換熱 72
4.4 能量儲存概述 72
4.4.1 蓄電池 72
4.4.2 抽水儲能 72
4.4.3 飛輪儲能 73
4.4.4 超導線圈儲存電能 73
4.4.5 化學儲能 73
4.4.6 相變儲熱 73
4.4.7 顯熱儲存 74
4.5 潛熱儲存 74
4.5.1 相變儲能的優點 74
4.5.2 相變儲能技術在建築采暖上的應用 74
4.5.3 相變儲熱材料的特性要求 75
4.5.4 常用的無機鹽水化物作相變儲熱材料 76
4.5.5 分層問題(晶液分離)及解決途徑 77
4.5.6 “過冷”問題及解決辦法 77
4.6 房屋本身的顯熱儲存 78
4.6.1 房屋本身的儲熱功能 80
4.6.2 房屋的儲熱、散熱能力估算 81
4.7 利用水箱作熱儲存 82
4.7.1 利用水箱作夜間用熱的半日儲存 82
4.7.2 利用水箱作隔日用熱的整日儲存 82
4.8 地下熱儲存 83
4.8.1 地下儲存的基本原則 83
4.8.2 幾種基本地下儲存方案分析 85
4.8.3 儲熱總量的估算 86
4.8.4 土壤儲熱性能分析 87
4.8.5 集熱器面積的確定 88
4.8.6 普通家庭100m2左右的建築面積采暖的短期地下熱儲存 90
4.8.7 普通家庭100m2建築面積采暖單水窖長期熱儲存 97
4.8.8 300m2建築面積的二層小樓或小別墅采暖的長期熱儲存(7窖陣列地下儲存) 100
4.8.9 陣列式多孔窖大規模長期熱儲存系統 104
4.8.10 小水窖陣列式地下儲存的改進設計 106
4.8.11 6個300m2二層別墅小樓儲熱系統 108
4.8.12 長期大規模地下儲熱系統的一般設計計算方法 111
4.8.13 地下儲熱系統的建造技術 115
4.9 冷量儲存和土壤能的直接利用 116
4.9.1 冷量儲存 116
4.9.2 土壤能的直接利用 117
4.10 土壤儲能和土壤能利用的技術評價及其經濟、社會意義 118
4.10.1 技術評價 118
4.10.2 太陽能地下熱儲存的技術評價和經濟、社會意義 120

第5章 被動式太陽房 122
5.1 主動式和被動式太陽能采暖 122
5.1.1 主動式太陽能采暖 122
5.1.2 被動式太陽房 123
5.1.3 被動式太陽房的分類 125
5.2 被動式太陽房的設計 127
5.2.1 太陽房的建設地點、朝向和房間距的確定 127
5.2.2 太陽房的牆體設計 130
5.2.3 空氣集熱器 132
5.2.4 窗、門的設計 134
5.2.5 屋頂保溫設計 137
5.2.6 地面保溫設計 137
5.2.7 其他 137
5.3 被動式和主動式采暖相結合 138
5.3.1 被動式采暖和主動式采暖的共同處 138
5.3.2 被動式采暖和主動式采暖的差異 139

第6章 采暖用太陽能集熱器 141
6.1 平板型太陽能集熱器 142
6.1.1 產品分類 142
6.1.2 平板型太陽能集熱器技術要求 145
6.1.3 太陽能空氣集熱器 146
6.1.4 銅鋁復合循環式集熱器 147
6.2 真空管型太陽能集熱器 148
6.2.1 產品分類 148
6.2.2 真空管型太陽能集熱器技術要求 150
6.2.3 全玻璃真空管集熱器 150
6.2.4 玻璃-金屬真空集熱管 152
6.2.5 熱管真空管集熱器 153
6.2.6 聚光型真空管集熱器 155
6.3 采暖用集熱器的選擇 156

第7章 太陽能聚光器 157
7.1 光的反射定律 157
7.2 拋物線 158
7.2.1 什麼是拋物線 159
7.2.2 拋物線為什麼能聚光 159
7.2.3 聚光比 160
7.3 其他幾種幾何形狀的聚光分析 162
7.3.1 圓聚光分析 163
7.3.2 菲涅爾反射鏡聚光(平板聚光器) 163
7.3.3 鉆進去就出不來——漸開線聚光器 164
7.4 cpc復合拋物面聚光集熱器 166
7.4.1 結構原理 166
7.4.2 收集角和聚光比 168
7.4.3 收集角和日收集時間 168
7.4.4 聚光器安裝傾角的確定和調節 170
7.5 一種高使用價值的聚光器——單拋物柱面聚光集熱器(spc) 171
7.5.1 單拋物面spc和復合拋物面cpc 171
7.5.2 聚光原理 聚光比 172
7.5.3 收集時間 172
7.5.4 固定式采暖用槽式聚光器 173
7.5.5 半固定式槽型聚光器(可調傾角) 177
7.5.6 太陽能開水器 179
7.5.7 太陽能熱水、開水、炊事聯合裝置 180
7.6 太陽能光電、光熱聯合系統 182
7.6.1 普通太陽能光熱、光電聯合裝置 182
7.6.2 真空管光電、光熱組合元件 182
7.7 聚光發電簡介 183
7.7.1 太陽能槽式熱發電系統 184
7.7.2 太陽能塔式熱發電系統 184
7.7.3 太陽能碟式熱發電系統 184

第8章 房屋圍護結構和室內換熱系統的熱工計算 187
8.1 室內外空氣計算參數 187
8.1.1 室外空氣計算參數 187
8.1.2 室內空氣計算參數 188
8.2 建築熱負荷的組成及分析 189
8.2.1 圍護結構的基本耗熱量 189
8.2.2 圍護結構的附加耗熱量 190
8.3 門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量 191
8.4 建築圍護結構的改進 192
8.4.1 減少空氣滲透 192
8.4.2 建築圍護結構的絕緣 192
8.5 地板輻射換熱系統 193
8.5.1 工程示例 194
8.5.2 設計參數 194
8.5.3 采暖熱負荷計算 194
8.5.4 確定管道間距 196
8.5.5 系統設計 198
8.5.6 施工及驗收 199
8.6 散熱器設計計算 200
8.6.1 散熱器性能評價指標 200
8.6.2 散熱器的種類 201
8.6.3 散熱器的選擇、布置 201
8.6.4 散熱器的計算 202
8.7 空氣換熱器換熱系統 202
8.7.1 暖風機 203
8.7.2 風機盤管 203

第9章 輔助熱源 205
9.1 輔助電加熱系統 205
9.1.1 輔助電加熱系統的組成 205
9.1.2 控制裝置 206
9.1.3 輔助電加熱的安裝 207
9.2 熱泵 207
9.2.1 熱泵熱水器的工作原理 208
9.2.2 熱泵的選擇和安裝 209
9.3 生物質能 210
9.3.1 生物質能的優勢 210
9.3.2 生物質的能源特性 211
9.3.3 生物質致密化加工 213
9.3.4 生物質壓塊燃燒爐 216
9.3.5 生物質壓塊的技術優勢和待解決的問題 217
9.3.6 秸稈氣化爐 218
9.3.7 直燃式生物質半氣化爐 220
9.3.8 太陽能與生物質能的互補及采暖流程 222
9.4 其他輔助熱源 223
9.4.1 燃煤鍋爐 223
9.4.2 燃油和燃氣鍋爐 224

第10章 集熱器陣列和系統控制 225
10.1 流體力學基礎知識 225
10.1.1 液體內部的壓強 225
10.1.2 管內液體的流動 227
10.1.3 管道阻力的計算 229
10.2 自然循環 230
10.2.1 自然循環的動力——壓頭 230
10.2.2 自然循環產生的必要條件——排氣 231
10.2.3 水箱高度 233
10.2.4 強制循環 234
10.2.5 正壓運行和負壓運行 235
10.3 太陽能集熱器的串聯和并聯 236
10.3.1 3種基本連接方式 236
10.3.2 串聯管路分析 237
10.3.3 并聯管路分析 239
10.3.4 混聯系統分析 240
10.3.5 豎排真空管模塊的串并聯 244
10.3.6 排列方式的選擇 245
10.4 控制系統 245
10.4.1 循環泵的溫差自動控制 246
10.4.2 定溫自動控制 246
10.4.3 循環泵的定時自動控制 247
10.4.4 定溫放水系統 247
10.4.5 變流量控制系統 248
10.4.6 水箱水位的控制 251

第11章 供暖系統的設計與安裝 253
11.1 系統設計程序 253
11.1.1 集熱器面積的確定 253
11.1.2 集熱器類型的確定 254
11.1.3 安裝角度 255
11.1.4 集熱器陣列的設計 256
11.1.5 房屋的設計或改造 257
11.1.6 室內散熱系統的確定 258
11.1.7 輔助熱源的選擇設計 258
11.1.8 儲能系統設計 259
11.2 夏季熱量過剩問題的解決方法 260
11.2.1 夏季熱量過剩問題制約著太陽能供暖的發展 260
11.2.2 覆蓋法 261
11.2.3 最佳傾角法 261
11.2.4 采用聚光器法 261
11.2.5 生產開水法 262
11.2.6 夏季地下儲存太陽能 263
11.2.7 太陽能制冷 263
11.3 系統運行可靠性解決途徑 264
11.3.1 穩定可靠的“傻瓜式”運行系統的必要性 264
11.3.2 采用完善的具有“代償性”的循環系統 265
11.3.3 其他幾種防護措施 266
11.4 太陽能供暖的基本循環系統 268
11.4.1 集熱器-散熱器系統 268
11.4.2 集熱器-儲熱水箱-散熱器系統 269
11.4.3 集熱器-輔助熱源-散熱器系統 269
11.4.4 集熱器-水箱-輔助熱源-散熱器系統 270
11.4.5 集熱器-地下儲熱-散熱器系統 270
11.4.6 集熱器-水箱-地下儲熱-散熱器系統 271
11.5 集熱器-水箱-地暖循環系統 271
11.5.1 集熱器-水箱-地暖單泵單循環系統 271
11.5.2 集熱器-水箱-地暖雙循環系統 274
11.6 地下水窖儲存系統 276
11.6.1 地下水窖儲存系統基本循環水路分析 276
11.6.2 (水窖儲熱系統)循環泵的不同安裝法 279
11.7 太陽能集熱器-儲水箱-儲水窖-地暖聯合循環系統 282
11.7.1 三泵循環系統 282
11.7.2 雙泵循環系統 285
11.8 夏季產開水和簡易制冷系統 288
11.8.1 夏季產開水系統 288
11.8.2 簡易制冷系統 289
11.9 輔助熱源系統 290
11.9.1 電輔助加熱系統 290
11.9.2 鍋爐輔助加熱系統 290
11.9.3 熱泵輔助加熱系統 291
11.10 幾種循環系統設計例舉 292
11.10.1 40m2集熱器、120m2建築面積熱泵加熱系統的設計 292
11.10.2 20m2聚光集熱器、100m2建築面積多用爐輔助加熱系統的設計 294
11.10.3 300m2建築面積二層小樓地下儲熱系統設計 297
附錄 301