太陽能熱水系統(tǒng)的組成:

太陽能熱水系統(tǒng)也稱為太陽熱水裝置是一種利用太陽輻射能加熱系統(tǒng)中循環(huán)的水以取用熱量的裝置組合,它由集熱器、連接管路、儲熱水箱、水泵和其他配件以及控制部分組成。目前在市場上廣為銷售的家用太陽熱水器,同樣由上述幾個部分組成,可以看作是一種特殊類型的太陽能熱水系統(tǒng)。

下面就太陽能熱水系統(tǒng)的各個組成部分分別進行簡單介紹。

1集熱器部分:

集熱器部分有幾個重要的參數(shù)對太陽能熱水系統(tǒng)有影響

1真空管支數(shù);

2真空管直徑和長度;

3真空管間距;

4聯(lián)箱阻力特性

5集熱器容水量;

6集熱器放置朝向和傾角;

2連接管路部分：

連接管路部分有幾個參數(shù)對太陽能熱水系統(tǒng)有影響:

1.連接管路的材料

2連接管路的直徑

3管道接頭的連接形式;

4集熱器的連接形式;

3儲熱水箱部分:

儲熱水箱部分有幾個參數(shù)對太陽能熱水系統(tǒng)有影響

1儲熱水箱容積;

換熱盤管管徑、長度及串并聯(lián)形式及布置位置;

3內部壓力

4保溫材料及保溫層厚度;

5水箱各進出管口的布置位置

4配件部分:

配件部分有幾個參數(shù)對太陽能熱水系統(tǒng)有影響:

水泵數(shù)目、流量和揚程的選取

2膨脹罐容積及壓力的選取;

3閥門的布置

4溫度、壓力、流量測點的選擇;

5控制部分：

控制部分有幾個參數(shù)對太陽能熱水系統(tǒng)有影響:

1單片機

2上位機

3控制軟件

4控制方案

太陽能熱水系統(tǒng)的基本類型:

可以按不同的分類標準對太陽能熱水系統(tǒng)進行分類。

按循環(huán)動力分類:太陽能熱水系統(tǒng)可分為自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)、強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)。

按集熱器分類:太陽能熱水系統(tǒng)可分為普通真空管式太陽能熱水系統(tǒng)、熱管式太陽能熱水系統(tǒng)、U型管式太陽能熱水系統(tǒng)、混合式太陽能熱水系統(tǒng)。

按介質流動分類:太陽能熱水系統(tǒng)可分為直流式太陽能熱水系統(tǒng)、封閉式太陽能熱水系統(tǒng)。

按集熱器布置形式分類:太陽能熱水系統(tǒng)可分為串聯(lián)太陽能熱水系統(tǒng)、并聯(lián)太陽能熱水系統(tǒng)、混聯(lián)太陽能熱水系統(tǒng)。

按有無換熱器分類:太陽能熱水系統(tǒng)可分為間接式太陽能熱水系統(tǒng)、直接式太陽能熱水系統(tǒng)。

按是否水箱承壓分類:太陽能熱水系統(tǒng)可分承壓水箱式太陽能熱水系統(tǒng)、非承壓水箱式太陽能熱水系統(tǒng)。

下面就各種類型的太陽能熱水系統(tǒng)進行詳細說明。

1自然循環(huán)和強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)

自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)：

自然循環(huán)系統(tǒng)是利用傳熱工質內部的溫度梯度產生的密度差所形成的自然對流進行循環(huán)的熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結構簡單不需要附加動力,在自然循環(huán)中,為了保證必要的熱虹吸壓頭,貯水箱應置于集熱器上方,如圖1-1所示。

運行過程是水在集熱器中受太陽輻射能加熱,溫度升高,加熱后的水從集熱器的上循環(huán)管進入貯水箱的上部,與此同時,貯水箱底部的冷水由下循環(huán)管流入集熱器,經過一段時間后,水箱中的水形成明顯的溫度分層,上層水達到可使用溫度。用熱水時,由補給水箱向貯水箱底部補充冷水,將貯水箱上層熱水頂出使用,其水位由補給水箱內的浮球閥控制。這是國內最早采用的一種太陽熱水系統(tǒng)。其優(yōu)點是系統(tǒng)結構簡單,運行安全可靠,不需要輔助能源,管理方便。其缺點是為了維持必要的熱虹吸壓頭,并防止系統(tǒng)在夜間產生倒流現(xiàn)象,貯水箱必須置于集熱器的上方。這正是我國目前大量推廣應用的熱水系統(tǒng)設計。大型太陽熱水系統(tǒng),不適宜采用這種自然循環(huán)方式。因為大型系統(tǒng)的貯水箱很大,要將貯水箱置于集熱器上方,在建筑布置和荷重設計上都會帶來很多問題。

定溫放水型:為了得到溫度符合于用戶要求的熱水,通常采用定溫放水型直流式太陽熱水系統(tǒng),如圖1-7所示。該系統(tǒng)在集熱器出口處安裝測溫元件,通過溫度控制器,控制安裝在集熱器入口管道上的開度,達到根據(jù)溫度調節(jié)水流量,使出口水溫始終保持恒定這種系統(tǒng)不用補給水箱,補給水管直接與自來水管連接。系統(tǒng)運行的可靠性,同樣決定于電動閥和控制器的工作質量。

直流式太陽熱水系統(tǒng)具有很多優(yōu)點：

1.因為太陽熱水系統(tǒng)的補水依靠具有一定壓力的自來水直接供給,提供系統(tǒng)的循環(huán)動力,所以系統(tǒng)中不需設置循環(huán)水泵。

2.儲水箱的放置位置不受約束,可以放置在室內,既減輕了屋頂載荷,也有利于儲熱水箱保溫,減少熱損失。

3.可以避免熱水與集熱器入口冷水的摻混。

4.可以取消補給水箱,簡化系統(tǒng)管理。

5.減小熱水系統(tǒng)的熱遲滯現(xiàn)象

因此定溫放水型直流式太陽熱水裝置尤其適合于大型太陽熱水系統(tǒng)。其缺點是要求性能可靠的電磁閥和控制器,從而使系統(tǒng)較為復雜。綜合考慮定溫放水型直流式太陽熱水裝置是一種結構合理、值得推廣的太陽熱水系統(tǒng),目前國內也有一定的應用封閉式太陽能熱水系統(tǒng)中工質在系統(tǒng)中循環(huán)流動,不斷將熱量帶熱水箱。如圖1-10所示。

4 串并聯(lián)太陽能熱水系統(tǒng)

5 間接式和直接式太陽能水系統(tǒng)

直接式太陽能熱水系統(tǒng)和間接式太陽能熱水系統(tǒng)是按照儲熱水箱中有無換熱器來分類的。當集熱系統(tǒng)工質和生活用水系統(tǒng)工質分開,通過換熱器進行熱量交換而無質量交換時為間接式太陽能熱水系統(tǒng);當集熱系統(tǒng)工質和生活用水系統(tǒng)工質相混合,同時傳遞質量和熱量時為直接式太陽能熱水系統(tǒng)。

直接式太陽能熱水系統(tǒng)沒有換熱器,結構相對簡單,集熱器和水箱中都為水。如圖1-10所示。間接式太陽能熱水系統(tǒng)有換熱器,集熱器和水箱可以走不同的工質,處于不同的壓力。一般集熱系統(tǒng)內為帶壓防凍液,自成循環(huán)系統(tǒng),將熱量通過換熱器傳遞給水箱內的水。如圖1-11所示。

例4

已知:17支210熱管式聯(lián)集管集熱器6臺串聯(lián)、3組根據(jù)例3所得支路流量:=4971miCO并聯(lián)。

根據(jù)例2所得P-G關系式:AP=000+0.00160000

故單臺集熱器壓降: oR oA O0.015MPa

6臺串聯(lián)、3組并聯(lián)后的總壓力為:0.015×6=0.09MPa

根據(jù)計算得出流量和壓降,如果兩者在適當?shù)姆秶鷥燃纯蛇M行下面的計算,否則返回第3步重新選擇串并聯(lián)形式。

第6步熱水系統(tǒng)管道水力計算

工程中一般按供水管均籌表(見表1)和工程的實際經驗初步確定管徑。表1中的數(shù)值表示對應行標所代表的管徑通過的流量相當于此數(shù)值對應列標所代表的管徑通過流量的倍數(shù)。

根據(jù)經濟性比較可在兩級并聯(lián)的一寸銅盤管和三級并聯(lián)的六分銅盤管間選擇。

第8步太陽能熱水系統(tǒng)水泵的選取

①在太陽熱水系統(tǒng)中,在滿足揚程和流量要求的條件下,應選擇功率較小的泵

②在強迫循環(huán)系統(tǒng)中,水溫≥50°℃時宜選用耐熱泵

③泵與傳熱工質應有很好的相容性-引自GB/T87132002《太陽熱水系統(tǒng)設計、安裝及工程驗收技術規(guī)范》根據(jù)計算得出的太陽能熱水系統(tǒng)的總流量和總壓降選擇適當?shù)乃谩Ｆ渲兴玫膿P程按下式計算:

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總結

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