自然循環(huán)平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、<p>　　自然循環(huán)平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　【摘要】隨著我國(guó)的改革開(kāi)放的程度進(jìn)一步加強(qiáng)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了舉世矚目的成就?，F(xiàn)階段，低碳、生態(tài)、節(jié)能成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主題，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是現(xiàn)階段發(fā)展的相對(duì)成熟的裝備，對(duì)其進(jìn)行推廣對(duì)我國(guó)的和諧社會(huì)的建立具有重要的作用。筆者結(jié)合自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)簡(jiǎn)要談?wù)勛匀谎h(huán)平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 </p><p&

2、gt;　　【關(guān)鍵詞】自然循環(huán)，平板式太陽(yáng)能，熱水系統(tǒng)，設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　一．前言 </b></p><p>　　可再生能源逐步替代常規(guī)能源是世界發(fā)展的趨勢(shì)。太陽(yáng)能集熱技術(shù)可以利用太陽(yáng)能滿足生活熱水、采暖、供電等多種需求，是運(yùn)用可再生能源的重要技術(shù)手段

3、之一。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是一種重要的可再生能源利用技術(shù)，推廣應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，對(duì)于減少礦物能源消耗、減少環(huán)境污染、緩解用能緊張形勢(shì)、促進(jìn)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。太陽(yáng)能與建筑結(jié)合創(chuàng)造的低能耗高舒適度的健康居住環(huán)境，不僅讓住戶家庭生活舒適，而且節(jié)能環(huán)保。本文主要針對(duì)自然循環(huán)平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算做了一些探討。 </p><p>　　二.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 </p><

4、p>　　能源是整個(gè)世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的最基本動(dòng)力，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著全球人口不斷增長(zhǎng)，能源的需求也在倍增，與此同時(shí)常規(guī)能源正在急劇減少，能源問(wèn)題逐步突現(xiàn)。 </p><p>　　我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，是一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，同時(shí)又是一個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)家，發(fā)展經(jīng)濟(jì)與環(huán)境污染的矛盾比較突出，能源問(wèn)題日益成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。因此要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，必須尋找新

5、的可再生能源來(lái)替代原有的化石能源。 </p><p>　　太陽(yáng)能是永不枯竭的清潔可再生能源之一，是21世紀(jì)以后人類可期待的、最有希望的能源之一。我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中國(guó)陸地接收的太陽(yáng)輻射總量，相當(dāng)于24000億t標(biāo)煤，全國(guó)總面積2/3地區(qū)年日照時(shí)間都超過(guò)3000h，特別是西北一些地區(qū)超過(guò)3000h，這為中國(guó)大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源提供了可能。 </p><p>　　我國(guó)太陽(yáng)能熱

6、水器的應(yīng)用研究開(kāi)始于上世紀(jì)70年代末，30多年來(lái)，太陽(yáng)能熱水器己在中國(guó)推廣利用，2006年全國(guó)總產(chǎn)量達(dá)到 1800萬(wàn)m2，占世界總量的75%，總銷售額約320億元；總保有量為9000萬(wàn)m2，占世界總量的60%以上，居世界首位。由于太陽(yáng)能熱水器出色的節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，為2020年實(shí)現(xiàn)保有量30000萬(wàn)m2，和現(xiàn)有保有量比，即有25000萬(wàn)m2的增長(zhǎng)空間。 </p><p>　　三.太陽(yáng)能熱泵地板輻射采暖系統(tǒng)

7、設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　　1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 </p><p>　　結(jié)合我國(guó)北方太陽(yáng)能集熱器的利用情況，并考慮地面輻射采暖的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)供水溫度定為45℃，回水溫度定為30℃，室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)參數(shù)按照規(guī)范要求比常規(guī)采暖降低2℃，此處取16℃。 </p><p>　　2.供暖熱負(fù)荷的確定 </p><p>　　太陽(yáng)能熱泵地板輻射采暖系統(tǒng)采暖

8、負(fù)荷的計(jì)算方法與普通采暖相同，主要包含圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量、冷風(fēng)滲透耗熱量、冷風(fēng)侵入耗熱量以及太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)的熱量，此系統(tǒng)是以輻射采暖為主（占60%以上），輔以對(duì)流傳熱。在設(shè)計(jì)確定采暖負(fù)荷時(shí)，可以依照規(guī)范要求取全面輻射采暖耗熱量的90%。 </p><p>　　3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的確定 </p><p>　　太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量計(jì)算式為： </p><p>　　G=3

9、.6*g*A </p><p>　　式中G為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，m3/h；g為太陽(yáng)能集熱器的單位面積流量，[L/（h.m2）]；A為集熱系統(tǒng)中的集熱器總面積（m2）；其中太陽(yáng)能集熱器的單位面積流量g與太陽(yáng)能集熱器的特性有關(guān)，一般根據(jù)太陽(yáng)能集熱器生產(chǎn)廠家給出的數(shù)值確定。 </p><p>　　4.集熱器集熱面積的確定 </p><p>　　由于該系統(tǒng)以太陽(yáng)熱作為

10、熱泵的低位熱源，熱泵的蒸發(fā)溫度較高，供熱系統(tǒng)也高于其他熱泵供暖系統(tǒng)，但是在一定的建筑物負(fù)荷下，若只是增加集熱器面積會(huì)使集熱器的工作溫度升高，導(dǎo)致集熱器的熱損失增加，集熱效率降低。因此合理確定集熱器的總面積與系統(tǒng)的節(jié)能特性和經(jīng)濟(jì)性緊密相關(guān)。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱器面積計(jì)算公式為： </p><p>　　Ac=Qf/JTηcd(1-ηL) </p><p>　　式中AC為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)所需集熱器

11、總面積，m2；Q為建筑物的采暖日累計(jì)負(fù)荷，kJ/日； f為太陽(yáng)能保證率；JT當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系牟膳谄骄仗?yáng)輻照量，KJ/（m2.日）；ηcd為集熱器全日集熱效率，國(guó)標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值取0.45~0.60；ηL為管路及貯水箱熱損失率，國(guó)標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值取0.2~0.25。 </p><p>　　四.太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) </p><p>　　平板型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是平板集熱器。平板集熱器是太陽(yáng)

12、能光熱轉(zhuǎn)化裝置，它決定了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的產(chǎn)熱量。平板集熱器由多個(gè)部件組成，由外到里依次是壓條、玻璃蓋板、密封膠條、吸熱板芯、保溫材料、背板、邊框和其它附件。壓條和密封膠條用來(lái)封裝玻璃蓋板；玻璃蓋板具有透光隔熱功能，形成溫室效應(yīng)；吸熱板芯是光熱轉(zhuǎn)化和熱能傳輸?shù)年P(guān)鍵部件；保溫材料用于阻止熱量散失；背板、邊框等其它附件構(gòu)成集熱器外殼，將集熱空間封閉，防止散熱，防止雨水滲入，對(duì)內(nèi)部構(gòu)件起到保護(hù)作用。 </p><p>　

13、　集熱器的核心材料是涂有太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的板芯。目前，市場(chǎng)上有多種平板集熱器，各家產(chǎn)品無(wú)論外形和顏色如何多樣化，結(jié)構(gòu)都大同小異，但選材用料各不相同。根據(jù)集熱器板芯流道結(jié)構(gòu)和吸收涂層分類，大概可以分為銅鋁復(fù)合、陽(yáng)極氧化涂層板芯，銅銅復(fù)合、化學(xué)鍍黑鉻板芯，還有銅鋁或銅銅復(fù)合、噴涂吸熱涂料板芯等，這三類板芯外觀都是黑色，吸熱體都是條帶狀，透過(guò)集熱器玻璃可以看到流道主管（即集管）未被吸熱板遮蓋，減少了有效吸熱面積。 </p>

14、<p>　　近年來(lái)，一種新型平板太陽(yáng)能集熱器己投放市場(chǎng)。這種新型平板太陽(yáng)能集熱器所選玻璃是太陽(yáng)能專用高透過(guò)率超白玻璃，密封膠條無(wú)縫連接，板芯吸熱體是天藍(lán)色的（藍(lán)膜），吸熱體是整張板而不是條帶，集管被吸熱體覆蓋，吸熱體和流道的焊接采用激光焊接，正面幾乎看不到焊接痕跡，板面平整美觀。 </p><p>　　平板太陽(yáng)能集熱器的構(gòu)造，平板太陽(yáng)能集熱器主要有吸熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼等幾部分組成。當(dāng)平板太陽(yáng)能

15、集熱器工作時(shí)，太陽(yáng)輻射穿過(guò)透明蓋板后，投射在吸熱板上，被吸熱板吸收并轉(zhuǎn)化成熱能，然后傳遞給吸熱板內(nèi)的傳熱工質(zhì)，使傳熱工質(zhì)的溫度升高，作為集熱器的有用能量輸出。 </p><p>　　五.平板太陽(yáng)能集熱器在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用 </p><p>　　1.平板式陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng) </p><p>　　自然循環(huán)，閉式，雙回路系統(tǒng)，獨(dú)特立式雙腔夾層內(nèi)膽，內(nèi)置膨脹空間

16、，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，滿足了高層建筑配套使用太陽(yáng)能熱水器的需求。 </p><p>　　2.分體承壓式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng) </p><p>　　依據(jù)集熱器的實(shí)測(cè)性能，設(shè)計(jì)與之相匹配的承壓水箱，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，確定水箱容水量、介質(zhì)容量、膨脹罐的配比，組成一套穩(wěn)定、安全、高效的承壓式熱水系統(tǒng)，適用于別墅、聯(lián)排別墅及中小型的熱水中心，提升太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)品檔次。 </p><p&

17、gt;　　3.一體式平板太陽(yáng)能熱水系統(tǒng) </p><p>　　研究開(kāi)發(fā)新型獨(dú)特臥式夾層結(jié)構(gòu)水箱，增加內(nèi)置膨脹空間，二次循環(huán)換熱，增加有效換熱面積，提高換熱效率，將作為現(xiàn)有產(chǎn)品的良好替代品。 </p><p>　　4.平板式大面積熱水系統(tǒng) </p><p>　　實(shí)現(xiàn)組裝簡(jiǎn)單，模塊化安裝，自動(dòng)化使用，達(dá)到全年安全穩(wěn)定供應(yīng)熱水的功能。 </p><p&

18、gt;<b>　　六．結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　自然循環(huán)平板集熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強(qiáng)、吸熱面積大等特點(diǎn)，最有利于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能系統(tǒng)與建筑相結(jié)合，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能與建筑一體化中，這將會(huì)成為未來(lái)太陽(yáng)能熱利用主要發(fā)展方向。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　

19、　[1]鄭瑞澄.民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　[2]祖文超，戎衛(wèi)國(guó)，李顯英.太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及思考[J].制冷與空調(diào)，2010，24(02):78-81. </p><p>　　[3]趙利勇，胡明輔，楊貞妮.太陽(yáng)能熱利用技術(shù)與發(fā)展[J].能源與環(huán)境，2007． </p><p>　　[4]