济南地区太阳能热水器的有效利用

摘要

利用济南地区常年(1971～2000年)太阳总辐射资料及济南当地太阳高度角和方位角的计算结果,分析计算了济南当地不同使用时段前后排间太阳能热水器的最佳不遮挡距离,同时计算了太阳能热水器冬夏季的热水理论产量. 济南地区接受的太阳年辐射总量在全国来说,属三类地区,全年日照时数在2491～2737小时之间,多年平均日照时数为2710小时,年日照百分率在47～62％之间.年内日照时数以5月份最多,12月份最少,常年日照百分率平均为57％,各月中以5月份最高,为62％,以7月份最小,为47％.在空间分布上,南部丘陵地带较少,北部平原地区较多.济南地区水平面上太阳总辐射以5月份最大,达到629.1 MJ/m2,6月份次之,以冬季12月最小,仅为222.4 MJ/m2. 济南地区地处北纬37°左右,若太阳能热水器冬季使用,集热器的最佳倾角为47°左右,若春夏秋季使用,则集热器的最佳倾角为27°左右.考虑到冬季和其它季节集热器最佳倾角差别较大,建议其朝南向倾角设置为可调式,冬季使用时,调到47°,春夏秋季使用时,调到27°,这是济南地区比较理想的太阳能热水器使用方式. 以济南地区冬季使用的集热器来看,若起始接收太阳辐射的时间为8时,则前后排间集热器的距离就应该达到前排集热器高度的4.5倍,若起始时间为9时,相应只要达到2.5倍距离即可,若起始时间为10时,前后排集热器距离更小.济南地区的太阳能热水器如果在冬季内使用,考虑到利用效率的因素,前后排间集热器距离只要达到前排集热器高度的2.5倍左右即可,这样就可以在上午9时至下午15时接收到充足的太阳辐射而前后排集热器不会相互影响.若济南地区的太阳能热水器在春夏秋季使用,则从8时开始,前后排间集热器距离只要达到0.75倍于前排集热器的高度即可,从而在上午8时至下午16时使用而不受到影响. 济南地区夏季晴天倾斜面上平均每天获得的太阳总辐射为35.4 MJ/m2,若考虑光热转换效率为45％,初始自来水水温15℃,热水水温60℃计算,则一天可产热水量为85 kg/m2.冬季晴天倾斜面上平均每天获得的太阳总辐射为10.0 MJ/m2,初始自来水水温2℃,热水水温45℃计算,则一天可产热水量为25 kg/m2,由于冬季济南地区太阳能热水器热水产量较低,应配以电加热功能,提高太阳能热水器的利用效率.