1 背景情況
隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源供應(yīng)形勢日趨緊張，建筑節(jié)能已成為建設(shè)行業(yè)重要的中心工作；近年來，直接為建筑節(jié)能服務(wù)的可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)發(fā) 展很快，其中，太陽能熱利用技術(shù)已從單供熱水逐漸轉(zhuǎn)向供熱采暖綜合應(yīng)用，并已建成一批太陽能供熱采暖實際工程。為適應(yīng)太陽能供熱采暖工程的設(shè)計、施工和驗 收評估的要求，推動技術(shù)進(jìn)步，規(guī)范工程應(yīng)用市場，工程建設(shè)國家標(biāo)準(zhǔn)《太陽能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》由建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司立項，列入了2006年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 制訂、修訂計劃。
編制組經(jīng)過近兩年的工作，于2007年11月完成了標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿，根據(jù)反饋意見進(jìn)行修改后已形成送審稿，于2008年上半年報批。

2 基本規(guī)定
根據(jù)太陽能供熱采暖系統(tǒng)的特點和工程應(yīng)用市場現(xiàn)狀，在標(biāo)準(zhǔn)的總則和相關(guān)章節(jié)中提出了有針對性的基本規(guī)定，以下是其中的重要條款和制訂該項條款的原因和目的。
2.1 總則
總則中的重要條款和編制目的如下：
1） “太陽能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)納入建筑工程建設(shè)的規(guī)定程序，統(tǒng)一規(guī)劃、同步設(shè)計、同步施工、統(tǒng)一驗收、同時投入使用。”
過去我國的太陽能熱水器大多作為建筑的后置部件在房屋建成后才購買安裝，由此造成了對建筑安全和城市景觀的不利影響，因此，國家建設(shè)行政主管部門提出了太 陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合的發(fā)展方向。與太陽能熱水系統(tǒng)相比，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的集熱器面積更大，技術(shù)的綜合性更強，更需要嚴(yán)格納入工程建設(shè)的規(guī)定程序， 按照工程建設(shè)的要求，統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、施工、驗收和投入使用。
2） “太陽能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)做到全年綜合利用，采暖期為建筑物供熱采暖，非采暖期向本建筑物或相鄰建筑物提供生活熱水或其他用熱。”
由于建筑物的供暖負(fù)荷遠(yuǎn)大于熱水負(fù)荷，為滿足建筑物的供暖需求，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的集熱器面積較大，如果在設(shè)計時沒有考慮全年綜合利用，就會導(dǎo)致非采暖 季產(chǎn)生的熱水無法使用，從而浪費投資、浪費資源，以及因系統(tǒng)過熱而產(chǎn)生安全隱患；所以，必須強調(diào)太陽能供熱采暖系統(tǒng)的全年綜合利用。可采用的措施有：適當(dāng) 降低系統(tǒng)的太陽能保證率，合理匹配供暖和供熱水的建筑面積（同一系統(tǒng)供熱水的建筑面積應(yīng)大于供暖的建筑面積），以及用于夏季的空調(diào)制冷等。
3） “設(shè)置太陽能供熱采暖系統(tǒng)的新建、改建和擴建的供暖建筑物，其建筑熱工與節(jié)能設(shè)計應(yīng)符合或高于所在氣候區(qū)國家、行業(yè)和地方建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和實施細(xì)則的要求。”
該條為強制性條文。鑒于目前我國節(jié)能減排工作的嚴(yán)峻形勢，各級建設(shè)行政主管部門已嚴(yán)格要求新建、改建和擴建建筑物執(zhí)行建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，所以，強制要求設(shè) 置了太陽能供熱采暖系統(tǒng)的建筑物，必須滿足節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在此基礎(chǔ)上，對一些關(guān)鍵參數(shù)可提高要求，例如，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)取值低于節(jié)能設(shè)計標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定的限值，可更好發(fā)揮太陽能供熱采暖系統(tǒng)的節(jié)能效益。由于太陽能在單位面積上的能量密度較低，只有大幅度降低建筑物的采暖耗熱量，才能有效降低系統(tǒng)的 初投資。
4） “在既有建筑上設(shè)置太陽能供熱采暖系統(tǒng)，必須復(fù)核建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，不符合相關(guān)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求時，宜按照所在氣候區(qū)國家、行業(yè)和地方建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和實施細(xì)則的要求采取相應(yīng)措施。”
我國過去建成的大量建筑物都不符合建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，如果不對設(shè)置太陽能供熱采暖系統(tǒng)的既有供暖建筑物采取相應(yīng)節(jié)能措施，例如加強圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫，建筑物的采暖耗熱量過大，將造成太陽能供熱采暖系統(tǒng)完全不能發(fā)揮應(yīng)有的節(jié)能效益。
2.2 太陽能供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計
“太陽能供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計”一章中的重要條款和編制目的如下：
1） “在既有建筑上增設(shè)或改造太陽能供熱采暖系統(tǒng)，必須經(jīng)建筑結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，并應(yīng)滿足建筑結(jié)構(gòu)及其他相應(yīng)的安全性要求。”
該條為強制性條文，目的是確保建筑物的結(jié)構(gòu)安全。由于既有建筑建成的年代參差不齊，有的建筑已使用多年，過去我國在抗震設(shè)計等結(jié)構(gòu)安全方面的要求也比較 低，而太陽能供熱采暖系統(tǒng)的太陽能集熱器需要安裝在建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面上，如屋面、陽臺或墻面等，從而加重了安裝部位的結(jié)構(gòu)承載負(fù)荷量，如果不進(jìn)行結(jié) 構(gòu)安全復(fù)核計算，就會對建筑結(jié)構(gòu)的安全性帶來隱患；特別是太陽能供熱采暖系統(tǒng)中的太陽能集熱器面積較大，對結(jié)構(gòu)安全影響的矛盾更加突出。
2） “太陽能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)和使用條件采取防凍、防結(jié)露、防過熱、防雷、防雹、抗風(fēng)、抗震和保證電氣安全等技術(shù)措施。”
該條為強制性條文，目的是確保太陽能供熱采暖系統(tǒng)投入實際運行使用后的安全性。大部分使用太陽能供熱采暖系統(tǒng)的地區(qū)，冬季最低溫度低于0℃，安裝在室外的 集熱系統(tǒng)可能發(fā)生凍結(jié)；即使考慮了系統(tǒng)的全年綜合利用，也有可能因其他偶發(fā)因素，如住戶外出度假等造成用熱負(fù)荷量大幅度減少，從而發(fā)生系統(tǒng)的過熱現(xiàn)象；強 風(fēng)、冰雹、雷擊、地震等惡劣自然條件也可能對室外安裝的太陽能集熱系統(tǒng)造成破壞；如果用電作為輔助熱源，還會有電氣安全問題；所有這些可能危及人身安全的 因素，都必須在設(shè)計之初就認(rèn)真對待，設(shè)置相應(yīng)的技術(shù)措施加以防范。
3） “太陽能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置其它能源輔助加熱/換熱設(shè)備。輔助熱源應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，選擇城市熱網(wǎng)、電、燃?xì)?、燃油、工業(yè)余熱或生物質(zhì)燃料等。加熱/換熱設(shè)備選擇各類鍋爐、換熱器和熱泵等，做到因地制宜、經(jīng)濟適用。”
太陽能是間歇性能源，在系統(tǒng)中設(shè)置其它能源輔助加熱/換熱設(shè)備，目的是既要保證太陽能供熱采暖系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，又要降低系統(tǒng)的規(guī)模和投資，否則將造成過 大的集熱、蓄熱設(shè)備、設(shè)施和過高的初投資，在經(jīng)濟性上是不合理的。對選用輔助熱源的種類沒有限制，但應(yīng)和當(dāng)?shù)厥褂玫膶嶋H能源種類相匹配，特別是要與設(shè)置太 陽能供熱采暖系統(tǒng)建筑物用于其他用途的常規(guī)能源類型和設(shè)備相匹配或相一致，比如配有管道燃?xì)夤?yīng)的建筑物，其太陽能供熱采暖系統(tǒng)的輔助熱源就不應(yīng)再使用 電。應(yīng)特別重視城市中工業(yè)余熱的利用，以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村中的生物質(zhì)燃料應(yīng)用。
4） “太陽能供熱采暖系統(tǒng)中所采用的設(shè)備和產(chǎn)品，正常使用壽命不應(yīng)少于15a。”
太陽能集熱器安裝在建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，進(jìn)行維修更換比較麻煩，正常使用壽命不能太低，目前我國較好企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，已經(jīng)有使用15a仍正常工作的實例，因此，規(guī)定產(chǎn)品的正常使用壽命不應(yīng)少于15a。
5） “太陽能供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計完成后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保效益預(yù)評估。”
太陽能供熱采暖系統(tǒng)的設(shè)計方案與業(yè)主的經(jīng)濟利益密切相關(guān)，而預(yù)評估結(jié)果是系統(tǒng)方案選擇和開發(fā)投資的重要依據(jù)，當(dāng)業(yè)主或開發(fā)商對評估的效益結(jié)果不滿意時，可以調(diào)整設(shè)計方案、參數(shù)，進(jìn)行重新設(shè)計，所以，效益預(yù)評估是不可缺少的設(shè)計程序。
6） “在太陽能供熱采暖系統(tǒng)中，宜設(shè)計安裝用于系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保效益監(jiān)測的計量裝置。”
我國正在加快推進(jìn)供暖熱計量和供暖收費改革，太陽能供熱采暖作為一項節(jié)能新技術(shù)進(jìn)入供暖市場，更應(yīng)積極響應(yīng)國家政策要求；所以，凡是有條件的工程，宜在系統(tǒng)中設(shè)計安裝用于系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保效益監(jiān)測的計量裝置。

3 太陽能供熱采暖系統(tǒng)負(fù)荷計算
3.1 負(fù)荷計算特點
太陽能供熱采暖系統(tǒng)的負(fù)荷包括采暖熱負(fù)荷和生活熱水負(fù)荷，由太陽能集熱系統(tǒng)和其它能源輔助加熱/換熱設(shè)備共同負(fù)擔(dān)；因此，負(fù)荷計算的特點是要針對太陽能集熱系統(tǒng)和其它能源輔助加熱/換熱設(shè)備分別計算。
3.2 太陽能集熱系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的采暖熱負(fù)荷
太陽能集熱系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的采暖熱負(fù)荷是在計算采暖期室外平均氣溫條件下的建筑物耗熱量。即：太陽能集熱系統(tǒng)所負(fù)擔(dān)的只是建筑物在采暖期的平均采暖負(fù)荷，而不是 建筑物的最大采暖負(fù)荷。這樣做的好處是降低系統(tǒng)投資，提高系統(tǒng)效益；否則會造成系統(tǒng)的集熱器面積過大，增加系統(tǒng)過熱隱患，降低系統(tǒng)費效比。
1） 建筑物耗熱量應(yīng)按下式計算。該公式由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 26中給出的建筑物耗熱量指標(biāo)公式改寫。建筑物內(nèi)部得熱量的選取，居住建筑可按《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 26的規(guī)定選值，公共建筑則按照建筑物的功能具體計算確定。
QH= QHT＋QINF－QIH （1）
式中  QH——建筑物耗熱量，W；
QHT——通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W；
QINF——空氣滲透耗熱量，W；
QIH——建筑物內(nèi)部得熱（包括照明、電器、炊事和人體散熱等），W。
2） 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量應(yīng)按下式計算：
QHT=（ti–te）(∑εKF) （2）
式中  QHT——通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W；
ti——室內(nèi)空氣計算溫度，按《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB 50019中規(guī)定的低限選取，℃；
te——采暖期室外平均溫度，℃；
ε——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)；
K——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/（m2•℃）；
F——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2。
3） 空氣滲透耗熱量應(yīng)按下式計算。換氣次數(shù)的選取，居住建筑可按《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 26的規(guī)定選值，公共建筑則按照建筑物的功能具體計算確定。
QINF =（ti–te）（CρρNV） （3）
式中  QINF——空氣滲透耗熱量，W；
Cρ——空氣比熱容，取0.28W•h/(kg• K)；
ρ——空氣密度，取te條件下的值，kg/m3；
N——換氣次數(shù)，次/h；
V——換氣體積，m3。
3.3 其他能源加熱/換熱設(shè)備負(fù)擔(dān)的采暖熱負(fù)荷
其它能源輔助加熱/換熱設(shè)備應(yīng)負(fù)擔(dān)在采暖室外計算溫度條件下的建筑物采暖熱負(fù)荷。在不利的陰、雨、雪天氣條件下，太陽能集熱系統(tǒng)不能工作，建筑物的全部采暖負(fù)荷都需依靠其他能源加熱/換熱設(shè)備供給，所以，其供熱能力和供熱量應(yīng)能滿足建筑物的全部采暖熱負(fù)荷。
1）采暖熱負(fù)荷應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB 50019中的規(guī)定計算。
2）在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可不設(shè)置集中采暖的地區(qū)或建筑，宜根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，適當(dāng)降低室內(nèi)空氣計算溫度。主要原因是為適應(yīng)這些地區(qū)目前的室溫水平，提高系統(tǒng)的經(jīng) 濟性。例如夏熱冬冷、溫和地區(qū)的居住建筑，目前當(dāng)?shù)鼐用駥Χ臼覂?nèi)環(huán)境溫度的要求普遍不高，一般居室溫度達(dá)到14～16℃就已足夠滿意，并不一定要求達(dá)到 規(guī)范要求的16～18℃，對這些地區(qū)或建筑，就可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，適當(dāng)降低室內(nèi)空氣設(shè)計計算溫度；從而減小常規(guī)能源加熱/換熱設(shè)備容量，降低系統(tǒng)投 資，提高系統(tǒng)效益。

4 太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計
4.1 太陽能集熱器的設(shè)置
太陽能集熱器的設(shè)置在本標(biāo)準(zhǔn)中有所創(chuàng)新。過去國內(nèi)對太陽能集熱器的安裝傾角、方位角限制較嚴(yán)，一般的規(guī)定是在方位角正南，或南偏東、偏西10°，傾角為當(dāng) 地緯度±10°的范圍內(nèi)安裝，以接收最多的全年太陽光照。本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)Meteo Norm V4.0軟件的計算結(jié)果，將此范圍擴大至方位角南偏東、偏西30°，傾角當(dāng)?shù)鼐暥龋?0～＋20°；同時，引入面積補償概念，當(dāng)太陽能集熱器的設(shè)置偏離這 一范圍時，按標(biāo)準(zhǔn)附錄D給出的方法和比例，合理增加集熱器面積；從而放寬了對應(yīng)用太陽能供熱采暖系統(tǒng)建筑物朝向的限制，使建筑師的設(shè)計有了更大的靈活性， 同時又能保證太陽能供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計的合理性。
由于實際建筑物有各種朝向，當(dāng)太陽能集熱器在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面時（例如坡屋面上結(jié)合安裝），房屋朝向?qū)ζ浔砻娼邮盏奶柟庹站烤褂卸嗌儆绊?，是確定集熱 器最佳設(shè)置范圍的關(guān)鍵；為此，編制組利用Meteo Norm V4.0軟件，逐時計算了代表城市在全年和12月兩種情況下，不同傾角和方位角表面上接收的太陽光照；結(jié)果顯示：在傾角當(dāng)?shù)鼐暥?plusmn;10°、方位角南偏東、 偏西30°的范圍內(nèi)，與最佳范圍相比，集熱器表面接收的太陽光照只減少了不到5%。所以，本標(biāo)準(zhǔn)將集熱器最佳安裝范圍推薦為正南，或南偏東、偏西30°， 傾角為當(dāng)?shù)鼐暥龋?0～＋20°；傾角適當(dāng)加大是因為太陽能供熱采暖系統(tǒng)的主要功能是冬季采暖，從12月份的計算結(jié)果可以看出，較大傾角表面接收的太陽光 照更多，有利于提高冬季集熱器的太陽能得熱量。
4.2 太陽能集熱器面積確定
太陽能集熱系統(tǒng)分為直接式（在太陽能集熱器中直接加熱水供給用戶的太陽能集熱系統(tǒng)）和間接式（在太陽能集熱器中加熱液體傳熱工質(zhì)，再通過換熱器由該種傳熱工質(zhì)加熱水供給用戶的太陽能集熱系統(tǒng)）兩種工作方式。標(biāo)準(zhǔn)給出了這兩類系統(tǒng)確定太陽能集熱器面積的計算公式。
1）直接系統(tǒng)太陽能集熱器總面積應(yīng)按下式計算：
（4）

式中  Ac——直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；
QH——建筑物耗熱量，W；
JT——當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系钠骄仗栞椪樟浚琂/（m2•日），按附錄A選?。?br /> f——太陽能保證率，%，按附錄A選?。?br /> ηcd——基于總面積的集熱器平均集熱效率，%，按附錄B方法計算；
ηL——管路及貯熱裝置熱損失率，%，按附錄C方法計算。
2）間接系統(tǒng)太陽能集熱器總面積應(yīng)按下式計算：
（5）
式中  AIN——間接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；
Ac——直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；
UL——集熱器總熱損系數(shù)，W/（m2•℃），測試得出；
Uhx——換熱器傳熱系數(shù)，W/（m2•℃），查產(chǎn)品樣本得出；
Ahx——間接系統(tǒng)換熱器換熱面積，m2，按附錄E方法計算。
3） 標(biāo)準(zhǔn)附錄A中給出的不同地區(qū)太陽能供熱采暖系統(tǒng)的太陽能保證率的推薦選值范圍見表1。

表1 不同地區(qū)太陽能供熱采暖系統(tǒng)的太陽能保證率的推薦選值范圍

4.3 太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計流量

1）太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計流量應(yīng)按下式計算：
GS = g A (6)
式中 GS——太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計流量， m3/h；
g——太陽能集熱器的單位面積流量，m3/（h·m2）；
A——太陽能集熱系統(tǒng)中的太陽能集熱器總面積，m2；
2）太陽能集熱器的單位面積流量g與太陽能集熱器的特性和用途有關(guān)，應(yīng)根據(jù)太陽能集熱器生產(chǎn)企業(yè)給出的數(shù)值確定。在沒有企業(yè)提供相關(guān)技術(shù)參數(shù)的情況下，根據(jù)不同的系統(tǒng)，宜按表2給出的范圍取值。
表2 太陽能集熱器的單位面積流量

3）太陽能集熱系統(tǒng)宜采用自動控制變流量運行。

5 蓄熱系統(tǒng)設(shè)計
5.1 蓄熱方式
太陽能供熱采暖的蓄熱系統(tǒng)可分為液體工質(zhì)集熱器短期蓄熱、液體工質(zhì)季節(jié)蓄熱、空氣集熱器短期蓄熱三類，其采用的蓄熱方式見表3。
表3 蓄熱方式選用表

注：表中“●”為可選用項，“—”為非推薦項。
5.2 液體工質(zhì)蓄熱系統(tǒng)
1） 根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源、氣候、工程投資等因素綜合考慮，短期蓄熱液態(tài)工質(zhì)集熱器太陽能供暖系統(tǒng)的蓄熱量應(yīng)能滿足建筑物1～5d的供暖需求。
2） 各類太陽能供熱采暖系統(tǒng)對應(yīng)每m2太陽能集熱器采光面積的貯熱水箱容積范圍宜按表4選取，根據(jù)設(shè)計蓄熱時間周期和蓄熱量等參數(shù)計算確定。
表4 各類系統(tǒng)貯熱水箱的容積選擇范圍 L/m2