王礼飞，方廷勇，杨　阳，李雪松

自遮挡对壁挂式太阳能热水器影响模拟研究

王礼飞，方廷勇，杨阳，李雪松

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽合肥 230601)

高层住宅建筑中生活热水的能耗在建筑能耗中占有不可忽略的份额。目前，国内阳台壁挂式太阳能的应用有效的解决了住宅中的生活热水需求，但阳台壁挂式太阳能在高层住宅的安装使用中易受到建筑自身凸出部位的日照影响。本文通过Ecotect软件模拟，研究自遮挡对太阳能集热器年辐射量的影响，得出相关数据，为壁挂式太阳能热水器的设计和安装提供有益的指导。

自遮挡；壁挂式太阳能；高层住宅；辐射量

0　引 言

随着国家对节能环保的高度重视，绿色建筑的推广力度也越来越大。合肥市因地制宜，制定相关政策，加强可再生能源尤其是太阳能在建筑中的使用。2014年10月，合肥地区明文规定：“满足春分或秋分日照时间累计达到4小时的新建居住建筑楼层必须安装太阳能热水系统”。

太阳能热水器为当前我国利用太阳能的主要方式之一。由于高层住宅受屋顶面积的限制，采用阳台壁挂式太阳能来解决生活热水是节能环保的重要举措。壁挂式太阳能热水器采用了比较先进的技术，包括集热技术、传热技术、储水技术、温控等，这些技术很大程度上提高了太阳能的利用率，延长了太阳能热水器的使用寿命[1]。

本文通过Ecotect软件模拟得出阳台壁挂式太阳能[2-3]的年均太阳辐射量[4]，研究合肥地区高层住宅不同进深的凸出部位即自遮挡对壁挂式太阳能热水器的影响，这对促进合肥市建筑节能，减少住宅建筑能耗具有现实的指导意义。

1　合肥年均太阳辐射量

合肥市属于Ⅲ类太阳能资源丰富地区，年平均日照时数为2100小时左右。依据安徽省地标《太阳能热水系统与建筑一体化技术规程》DB34/1801-2012，可得出合肥市年平均太阳辐射量为4475 MJ/m²[5]，如表1所示。

表1　合肥辐射站实测统计资料—太阳辐照量日均值

2　Ecotect软件介绍

Ecotect是由英国建筑师开发的集建筑设计和建筑环境性能分析的软件，提供了一种交互式的分析方法，可以进行太阳辐射、热、光学、声学、建筑投资等综合的技术分析，该软件分析计算的结果已被广泛的认可[6]。

3　高层住宅凸出部位介绍

高层住宅凸出部位如图1中圈出部分所示，若此凸出部位的相邻阳台安装壁挂式太阳能，日照易受凸出部位的遮挡。因此，本文通过模拟来研究不同进深的凸出部分对相邻阳台壁挂式太阳能的年平均太阳辐射量影响。

图1　凸出部位示意图

4　工况设置

统计实际项目高层住宅的阳台尺寸，开间×进深为：3700 mm×1500 mm、3400 mm×1600 mm、4400 mm×1600 mm、3100 mm×1700 mm、3800 mm×1800 mm、4400 mm×1800 mm、4600 mm×1800 mm。建筑的体形系数对建筑的节能影响较大[7]，一般凸出部位的进深H不会超过建筑阳台的进深尺寸，则由统计的阳台尺寸，模拟中取凸出部位进深尺寸H的范围为500 mm~2000 mm，取阳台进深L的范围为3000 mm~5000 mm。模拟中建筑朝向为正南，建筑标准层高为2.9 m，阳台壁挂式平板太阳能集热器的尺寸为市场常用尺寸2000 mm×1000 mm，安装倾角为70°，集热器安装在阳台的正中央，距离凸出部位的横向尺寸为D。模拟中采用合肥地区典型气象数据（Hefei CSWD），模型图如图2和图3所示所示。

图2　阳台壁挂式太阳能模型示意图

图3　阳台壁挂式太阳能Ecotec模型示意图

5　模拟结果

现分别取阳台长度尺寸L=3000 mm、3500 mm、4000 mm、4500 mm、5000 mm，改变凸出部位进深H的尺寸，在不考虑周边建筑的日照遮挡下，分别模拟东、西两边不同长度阳台安装的太阳能集热器年平均太阳辐射量。表2中为各工况的模拟结果图，东边模拟结果统一色卡范围下限为630000 Wh，上限为900000 Wh；西边模拟结果统一色卡范围下限为700000 Wh，上限为900000 Wh。全年00:00-24:00平均太阳辐射量统计如表3所示。

表2　模拟结果截图表

表3　全年00:00-24:00平均太阳辐射量统计表

由模拟结果得出的年平均太阳辐射量数据绘制相应的曲线图如图4-7：

图4　年辐射量随H变化结果对比（东边）　

图5　年辐射量随H变化结果对比（西边）

图6　年辐射量随D变化结果对比（东边）

图7　年辐射量随D变化结果对比（西边）

6　结论与建议

6.1结论

本文通过Ecotect模拟得出了阳台壁挂式太阳能在不同工况下的年均太阳辐射量，对比模拟结果，可得出如下结论：

（1）从图4、图5可以得出：在相同的D下，随着H的增大，东西两边集热器受建筑凸出部位的日照遮挡越来越大，年平均太阳辐射量趋于线性减小。在相同的H下，随着D的增大，东、西两边集热器年平均太阳辐射量均相差越来越小。

（2）从图6、图7可以得出：在相同的H下，随着D的增大，东西两边集热器受建筑凸出部位的日照遮挡越来越小，年平均太阳辐射量趋于线性增大。在相同的D下，随着H的增大，东、西两边集热器年平均太阳辐射量均相差越来越小。

（3）在相同上面四个图中可以得出：在D和H相同的情况下，东边比西边阳台的集热器年平均太阳辐射量值平均高63 MJ/m²。

（4）本文模拟所选取的阳台开间和凸出部位进深的尺寸范围均参考于多个高层住宅项目，模拟得出的相关数据可为合肥地区高层住宅光热建筑一体化设计与安装提供实际参考。

6.2建议

（1）本文考虑的D和H的取值范围有限，只分析了建筑正南朝向的情况，建议朝向南偏东和南偏西角度较小的高层住宅可参考本文所提供的相关数据。

（2）若高层住宅阳台安装壁挂式太阳能，在建筑设计时应充分考虑建筑自身凸出部位对太阳能集热器的日照遮挡，提高可再生能源的使用效益。

[1]刘帅. 关于挂壁式太阳能热水器的发展前景和应用[J]. 科技资讯，2012(14)：3.

[2]黄坚强. 平板型阳台壁挂式太阳能热水器的应用分析[J]. 才智，2011(08)：91-92.

[3]王璋元，杨晚生. 居住建筑光热系统一体化技术问题研究[J]. 广东工业大学学报，2013(04)：121-124.

[4]廖祯群，刘新月. 平板集热器安装倾角与太阳辐射量吸收的关系[J]. 绿色科技，2015(04)：258-259.

[5]DB34/1801-2012，太阳能热水系统与建筑一体化技术规程[S].

[6]云朋. ECOTECT建筑环境设计教程[M]. 北京:中国建筑工业出版社，2007.

[7]姚露. 住宅建筑节能体型设计[J]. 工程建设与设计，2010(05)：24-27.

Simulation Study of the Impact of Self-occlusion on Wall-mounted Solar Water Heaters

WANG Lifei， FANG Tingyong， YANG Yang， LI Xuesong
(School of Civil Engineering , Anhui Jianzhu University, Hefei,230601,China)

In the high-rise residence building, energy consumption domestic hot water occupies a non-negligible share of energy consumption in buildings. At present, applications of the domestic balcony wall-mounted solar water heaters offer effective solution to the residential need for hot water, but the installation and use of the balcony wall-mounted solar in high-rise residential building, is vulnerable to the influence of the convex area the building itself. This paper, through Ecotect software simulation, studies the influence of annual solar radiation for self-occlusion, and obtains relevant data for providing useful guidance for design and installation of balcony wallmounted solar water heaters.

self-occlusion；wall-mounted solar；high-rise residence；radiation

TK519

A

2095-8382(2016)03-068-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160315

2015-11-04

“十二五”国家科技支撑计划课题（2011BAJ03B04）

王礼飞（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向：绿色建筑及建筑节能。