大中型太陽能熱水系統(tǒng)研究與設(shè)計

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展常規(guī)能源日趨緊缺常規(guī)能源的緊缺促進(jìn)太陽能利用事業(yè)的發(fā)展。在我區(qū)，太陽能熱水器廠家由80年代的二三家，發(fā)展到現(xiàn)在的過百家，僅南寧市東葛路，太陽能熱水器廠家(或經(jīng)銷商)就多達(dá)20多家，南寧市估計超過50家都是近兩年興起的。太陽能熱水器發(fā)展很快，安裝面積、工程規(guī)模不斷擴(kuò)大。但是安裝質(zhì)量不盡人意，用戶意見較大，這對太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常不利主要原因是，某些廠家沒有專業(yè)技術(shù)人員缺乏太陽能工程安裝的基本知識，太陽能熱水系統(tǒng)沒

2、有很好地發(fā)揮最大的效益浪費嚴(yán)重實踐證明全面地對太陽能熱水系統(tǒng)進(jìn)行選樣、經(jīng)濟(jì)分析和控制部件的優(yōu)化選取，以及對系統(tǒng)熱性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等多種因素綜合考慮，優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計將會使裝置熱效率提高5一廣西區(qū)農(nóng)村能源辦套室謝列先15％。因此本文對自然循環(huán)、直流式、強(qiáng)迫循環(huán)三種常用的太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)方式作研究與評價分析各種系統(tǒng)的特性、集熱器的布局并對熱水系統(tǒng)設(shè)計提出專業(yè)的設(shè)計方案，供從事太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)人員參考和商榷。一、太陽能熱木系統(tǒng)的分

3、類及特性如下圖是太陽能熱水系統(tǒng)的三種循環(huán)方式的分類這是由于每個系統(tǒng)的環(huán)境、地理條件、采用的控制和結(jié)掏設(shè)計不同造成的。一但選定了系統(tǒng)循環(huán)方式，工程設(shè)計圖不管怎樣變化，工程原理將不會改變。(表1)比較詳細(xì)地說明了太陽能熱水系統(tǒng)特性工作原理和適用場合。怎樣評價一種熱水系統(tǒng)的熱性能怎樣選擇最佳熱水系統(tǒng)設(shè)計方案理論與實踐證明：一是采用性能良好的集熱器是改善系統(tǒng)熱性能的關(guān)鍵。二是系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性是裝置設(shè)計的重要條件。三是加^輔助能源(煤、氣電’余

4、熱等)的綜合利用熱水系統(tǒng)，可大大提高裝置的使用率。四是強(qiáng)迫循環(huán)是過冬熱水系統(tǒng)的必要條件自然循環(huán)熱水系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)點，在采光面積較小的領(lǐng)域占有絕大多數(shù)。強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)在低溫區(qū)(40—45℃)具有較高的熱效率，在過冬熱水系統(tǒng)中具有根強(qiáng)的生命力。直流式熱水系統(tǒng)明顯優(yōu)于自然循環(huán)熱水系統(tǒng)，特別是在南寧地區(qū)。其主要原因：①直流式熱水系統(tǒng)可早供熱水，連續(xù)使用，較差天氣不會影響熱水溫度，只是水量步而自然循環(huán)系統(tǒng)因水溫低而無法使用。②自然循環(huán)熱水系統(tǒng)隨采

5、光面積增加循環(huán)管增粗增大從而提高了散熱量，直流式系統(tǒng)出水管細(xì)而短不隨采光面積變化。③自然循環(huán)系統(tǒng)夏季水溫匠匠囂圖太陽能熱水循環(huán)系統(tǒng)分類圖圜圜維普資訊筑龍網(wǎng)排集熱器組布置時應(yīng)配合采用并并聯(lián)或并串聯(lián)不提倡串并聯(lián)和串串聯(lián)的U型布置。5管道設(shè)計管道設(shè)計對自然循環(huán)系統(tǒng)十分重要管道的直徑上下循環(huán)管)隨系統(tǒng)采光面積的大小而增減I如表2)。強(qiáng)迫循環(huán)和直流式系統(tǒng)管道的直徑一般都在“1—15”之間。設(shè)計管道的主要素：短、少彎、傾角。管道也要有很好的保溫，管

6、道的斜度以3～5％為宜。6集熱器傾角參考《廣西節(jié)能》89年第一期P21—23)廈農(nóng)村能源辦公室謝列先等編的《太陽能熱水器采光面積最佳安裝傾角的選擇》。一般安裝傾角定為當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥取?容積和位置一般水箱容積不大于5噸。水箱過大不便安裝，墻體承受力也不宜過大。較大的工程可分為幾個小獨立系統(tǒng)(廣西區(qū)幼師熱水系統(tǒng)工程就是這樣設(shè)計)。水箱的配制通常為100kg／表2自然循環(huán)熱水系統(tǒng)循環(huán)管直徑與采光面積的關(guān)系采光面積()l2～66～1O1015I

7、1520l2030水管直徑l寸)l一1”1—1l上一11z～z專m，對于隨時間用水的直流系統(tǒng)和部分家用熱水裝置水箱的配制通常在60kg／m：左右8輔助能源的利用太陽能熱水系統(tǒng)盡可能和現(xiàn)有的輔助能源配套使用，這樣有利于發(fā)揮裝置的功能。9與建筑結(jié)合，便于維修太陽能熱水系統(tǒng)盡可能與建筑相結(jié)臺，在建筑施工中作好系統(tǒng)管路，這樣很容易解決系統(tǒng)水管凍結(jié)問題，同時還克服了屋頂打洞破壞防水層，外觀不美等許多問題。lO附件的使用太陽能熱水系統(tǒng)常用的附件：閥

8、門、水泵、溫拄閥、電磁闊等。選擇優(yōu)良的附件是可靠運行的保證，在系統(tǒng)設(shè)計中一定要考慮部件損壞后容易更換和暫時運行的旁路裝置。三、典型的方案設(shè)計1太陽能熱水工程安裝的基本條件以廣西區(qū)幼兒師范學(xué)枝500m的太陽能熱水系統(tǒng)工程為僦。學(xué)生公寓兩樓，都要求安裝太陽能熱水器。學(xué)生人數(shù)1300人，每幢6層，人數(shù)均等每間寓室安裝熱水籠頭限量供應(yīng)供應(yīng)時間下午5點至7點。當(dāng)?shù)厝蛰椛淞浚捍蟛糠执笥贗7000KJ／m：日照平均時間超過6小時工作溫度大于l0℃，絕

9、大部分大于2O℃。屋頂可利用面積長方形(60m20m】足夠安裝采光面積600以上太陽能熱水工程，沒有樹陰和建筑陰影遮擋。水電供應(yīng)穩(wěn)定2系統(tǒng)選擇為了最大熱水產(chǎn)量考慮樓層結(jié)構(gòu)承受力，采用直流式定溫放水系統(tǒng)并由干凈的電源作為輔助能源。3設(shè)計方案制定I】集熱器采光面積按25人／計算，1300／25520m：由于集熱器安裝環(huán)境好，學(xué)生限量供水不淋浴，因此，采光面積500m~的產(chǎn)水量，基本上夠供應(yīng)。但要采用質(zhì)量優(yōu)良的集熱器。集熱器吸熱板采用北大所產(chǎn)

10、板芯，瞬時熱效率性能好。2)集熱器采用三排串并聯(lián)結(jié)合儲熱水箱分6個箱，平均分布于兩幢樓，每樓3個，每個容量5噸，每幢樓的水箱相連通，易于集中供水。集熱器面積也按水箱容量相應(yīng)匹一一一_■飄■l0配分成6個太陽熱水系統(tǒng)單元。3)集熱器傾角接前面介紹方法計算，并充分考慮南寧市的環(huán)境因素，夏天產(chǎn)熱水過量，冬天產(chǎn)熱水不足的缺點，集熱器傾角稍加提高以利于冬季使用。4)控制部件選用江蘇省蘇州里17氣動元件廠生產(chǎn)的SDK—O型定溫控制儀和普通清水泵，電

11、加熱配電盤分別置于兩幢接室內(nèi)值班人員易于控制的地方分別控制6個水箱的電加熱，并配有自動控制裝置。學(xué)枝安裝專用電纜。每個水箱電熱管功率l5千瓦。系統(tǒng)輔助電能總功率90千瓦。自動控制箱控制清水泵定溫放水，并裝有自動保護(hù)裝置。置于室內(nèi)值班人員能控制的地方。5】設(shè)計熱水系統(tǒng)冬季熱效率35％，全年平均效率5O％四、結(jié)論1熱水系統(tǒng)裝置的經(jīng)濟(jì)性和可靠性應(yīng)該在設(shè)計方寰中放在第一重要位置。2取水比率反映了實用熱水量，該指標(biāo)能較科學(xué)地反映裝置的功效。3熱水