太陽能熱水系統的組成:

太陽能熱水系統也稱為太陽熱水裝置是一種利用太陽輻射能加熱系統中循環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。

下面就太陽能熱水系統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對太陽能熱水系統有影響

1真空管支數;

2真空管直徑和長度;

3真空管間距;

4聯箱阻力特性

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對太陽能熱水系統有影響:

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對太陽能熱水系統有影響

1儲熱水箱容積;

換熱盤管管徑、長度及串并聯形式及布置位置;

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對太陽能熱水系統有影響:

水泵數目、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對太陽能熱水系統有影響:

1單片機

2上位機

3控制軟件

4控制方案

太陽能熱水系統的基本類型:

可以按不同的分類標準對太陽能熱水系統進行分類。

按循環動力分類:太陽能熱水系統可分為自然循環太陽能熱水系統、強制循環太陽能熱水系統。

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

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

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

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

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

下面就各種類型的太陽能熱水系統進行詳細說明。

1自然循環和強制循環太陽能熱水系統

自然循環太陽能熱水系統：

自然循環系統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的熱水系統。這種系統結構簡單不需要附加動力,在自然循環中,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。其優點是系統結構簡單,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,并防止系統在夜間產生倒流現象,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設計。大型太陽熱水系統,不適宜采用這種自然循環方式。因為大型系統的貯水箱很大,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,如圖1-7所示。該系統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,達到根據溫度調節水流量,使出口水溫始終保持恒定這種系統不用補給水箱,補給水管直接與自來水管連接。系統運行的可靠性,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具有很多優點：

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

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,簡化系統管理。

5.減小熱水系統的熱遲滯現象

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。其缺點是要求性能可靠的電磁閥和控制器,從而使系統較為復雜。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,目前國內也有一定的應用封閉式太陽能熱水系統中工質在系統中循環流動,不斷將熱量帶熱水箱。如圖1-10所示。

4 串并聯太陽能熱水系統

5 間接式和直接式太陽能水系統

直接式太陽能熱水系統和間接式太陽能熱水系統是按照儲熱水箱中有無換熱器來分類的。當集熱系統工質和生活用水系統工質分開,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;當集熱系統工質和生活用水系統工質相混合,同時傳遞質量和熱量時為直接式太陽能熱水系統。

直接式太陽能熱水系統沒有換熱器,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。一般集熱系統內為帶壓防凍液,自成循環系統,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熱管式聯集管集熱器6臺串聯、3組根據例3所得支路流量:=4971miCO并聯。

根據例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、3組并聯后的總壓力為:0.015×6=0.09MPa

根據計算得出流量和壓降,如果兩者在適當的范圍內即可進行下面的計算,否則返回第3步重新選擇串并聯形式。

第6步熱水系統管道水力計算

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中的數值表示對應行標所代表的管徑通過的流量相當于此數值對應列標所代表的管徑通過流量的倍數。

根據經濟性比較可在兩級并聯的一寸銅盤管和三級并聯的六分銅盤管間選擇。

第8步太陽能熱水系統水泵的選取

①在太陽熱水系統中,在滿足揚程和流量要求的條件下,應選擇功率較小的泵

②在強迫循環系統中,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《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規范》根據計算得出的太陽能熱水系統的總流量和總壓降選擇適當的水泵。其中水泵的揚程按下式計算:

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總結

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