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两排集热板间合理安装距离的计算 摘 要： 平板集热器是一种常见的太阳能热利用装置，与我们的日常生活息息相关。集热器需要多排放置时，为了使后一排采光面不受前排投影阴影的影响，前排与后排之间需有一定的间隔距离。对于有限的屋顶面积来讲，竖排集热板之间的合理安放，保证前后两集热板有最佳的间隔距离，不但能有效规划利用空间资源，减少资源浪费，而且能让集热装置更充分的吸收太阳辐射到地面的能量，提高热利用效率。与此同时，集热板的合理安放，可以避免传统经验方式安放带来的凌乱不规则的效果，从整体层面上给人一种科学美观的感受。因此，对于两排集热板间安放距离的计算，具有非常重要的现实意义。本文主要介绍了太阳几何学中的几个非常重要的坐标系以及前后两排集热板不遮阳最小距离的计算表达式，通过计算，具体分析了云南昆明地区前后两排集热器的最佳间隔距离，为工作设计者提供参照数据。 关键词： 集热器;采光面;最佳间隔距离;坐标系 0 引 言 在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。）、太阳赤纬（）、太阳高度角、太阳方位角（）及时角等太阳角进行定位。 1.1 赤道平面坐标系 如图1所示，在赤道平面内建立坐标系，其中轴指向太阳正午，轴指向地轴，轴指向正东。ns为从坐标原点指向太阳的单位矢量，用以确定太阳的位置和太阳光入射的方向。 有： ns （1） 其中 （2） 式中 —赤纬角（-23°45′～2345′）； —时角，正午时为零，偏西为正、偏东为负。 图1赤道平面坐标系 1.1.1 太阳赤纬角 地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为太阳赤纬角 其中，d为一年中的日期序号。 为了计算方便，下表列出了各节气，特征日赤纬角的大小。 表1各节气赤纬角参考表 节气 日期 赤纬 节气 日期 赤纬 节气 日期 赤纬 立春 2月4日 -1623° 芒种 6月6日 +2235° 寒露 10月8日 -540° 雨水 2月19日 -1129° 夏至 6月22日 +23 霜降 10月24日 -1133° 惊蛰 3月6日 -553° 小暑 7月7日 +2239° 立冬 11月8日 -1624° 春分 3月21日 -000° 大署 7月23日 +2012° 小雪 11月23日 -2013° 清明 4月5日 +551° 立秋 8月8日 +1618° 大雪 12月7日 -2232° 谷雨 4月20日 +1119° 处暑 8月23日 +1138° 冬至 12月22日 -23 立夏 5月6日 +1622° 白露 9月8日 +55° 小寒 1月6日 -2234° 小满 5月21日 +2004° 秋分 9月23日 +009° 大寒 1月20日 -2014° 1.1.2 太阳时角 单位时间地球自转的角度定义为时角，规定正午时角为0，上午时角为负值，下午时角为正值。地球自转一周3600，对应的时间为24小时，即每小时相应的时角为150，其中轴指向天顶，轴指向正东，轴指向正北。地平坐标系可由赤道平面坐标系绕轴旋转（为当地地理纬度）度而得到。 坐标轴之间的变化关系为： （） ns′为从坐标原点指向太阳的单位矢量。 ns′ = (, , ) （） （） 图2水平面坐标系 1.3 非正南水平面坐标 在实际工程设计中，集热板并不总是正南朝向的，因此，在设计南向集热板前后两排安放间距时应进行相应的坐标旋转，将水平面坐标系绕x＇轴旋转角，角为南向集热板的方位角，即南向集热板的法线在水平面的投影与正南向的夹角。坐标旋转后太阳位置矢量为： 〞=（〞，〞,〞） （6） 其中： 〞=′= 〞= (7) 〞= 2 集热板的安放间距表达式推算 在安装太阳能热水器时，为了最大限度地收集太阳辐射能量，必须考虑周围建筑物对集热器的遮阳情况和前排集热器对后排集热器的遮阳情况，以便将集热器安放在不遮阳或尽量少遮阳的合适位置 图3 集热器安装间距示意图 2.1 非正南方向安放间距表达式 前后两排集热板的安放示意图如图3，设集热板采光面长L，安放的最佳倾角为，则a为前后两排集热板不遮阳时的最小安放间距，有： （8） 将〞，〞分别代入（8）得： （9） 又 = 所以 前后两排集热板不遮阳时的最小安放间距a的表达式为： （10） 其中 ——为安放的最佳倾角 ——赤纬角（-23°45′～2345′） ——时