太陽能熱水(shuǐ)器(qì)集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程設計(jì)

 

現(xiàn)代社會，經濟高(gāo)速發展同環境污染、能源短缺間(jiān)的(de)矛盾日(rì)益突出，環保、綠色、節能成為(wèi)人(rén)類尋求生(shēng)存和(hé)長(cháng)期發展的(de)首要問(wèn)題。太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統具有(yǒu)節能、使用方便、無污染、經濟效益明(míng)顯等優勢，而成為(wèi)主要的(de)太陽能應用形式。太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程由集熱系統、保溫系統、循環系統、循環泵、控制系統、管路(lù)配件(jiàn)等共同組成，可依據用戶要求、安裝場(chǎng)地(dì)、用水(shuǐ)量進行靈活的(de)組合。因此，對(duì)太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程設計(jì)進行探讨，對(duì)于太陽能在熱水(shuǐ)集中供應領域中的(de)應用優化(huà)具有(yǒu)積極的(de)現(xiàn)實意義。

01

太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統的(de)适用範圍

歸結起來(lái)，太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統的(de)适用範圍包括如下(xià)幾個(gè)方面：第一，日(rì)照(zhào)時(shí)數/年(nián)在1200小(xiǎo)時(shí)以上(shàng)，太陽輻射量/年(nián)在3500焦每平方米以上(shàng)的(de)地(dì)區(qū)；第二，具備太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統的(de)安裝條件(jiàn)；第三，能夠保證太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統的(de)建築安裝部位每天至少4小(xiǎo)時(shí)的(de)日(rì)照(zhào)；第四，系統的(de)安裝不會對(duì)鄰近(jìn)建築的(de)日(rì)照(zhào)構成遮擋；第五，系統工(gōng)作(zuò)溫度在130攝氏度範圍內(nèi)，熱水(shuǐ)工(gōng)作(zuò)溫度在75攝氏度範圍內(nèi)。

 

02

太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程設計(jì)的(de)原則

太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程的(de)設計(jì)過程當中，應遵循如下(xià)原則：

 

1、安全性。工(gōng)程自(zì)身(shēn)具備較高(gāo)的(de)安全性，在真空管發生(shēng)意外(wài)破壞的(de)情況下(xià)，對(duì)系統的(de)整體(tǐ)運行不産生(shēng)影響，同時(shí)，還(hái)應有(yǒu)防雷、防風(fēng)、防凍的(de)相(xiàng)關保護措施；

 

2、穩定性；應具有(yǒu)較高(gāo)的(de)熱效率和(hé)穩定的(de)性能，可實現(xiàn)定溫補水(shuǐ)等；

 

3、全天候性。考慮複雜(zá)天氣因素的(de)影響，其加熱應備有(yǒu)相(xiàng)應的(de)輔助能源；

 

4、智能型。備有(yǒu)隻能控制系統，在顯示水(shuǐ)溫的(de)同時(shí)，可依據溫度設定要求，來(lái)自(zì)動啓動或關閉加熱輔助能源，且控制系統分為(wèi)自(zì)動運行和(hé)手動操作(zuò)兩種工(gōng)作(zuò)方式；

 

5、節能性。太陽能應用限度最大化(huà)，盡可能地(dì)節約常規能源；

 

6、水(shuǐ)質要求；太陽能集中供給的(de)熱水(shuǐ)應無異味、無鐵(tiě)鏽和(hé)其它影響人(rén)體(tǐ)健康的(de)物(wù)質。

 

因為(wèi)太陽能的(de)低(dī)密度，所以其加熱過程緩慢(màn)，不能如常規熱源那(nà)樣一次将冷(lěng)水(shuǐ)加熱到所需溫度的(de)熱水(shuǐ)，因此其加熱、換熱、儲熱方式及所用設備均有(yǒu)别于常規熱源。因為(wèi)太陽能的(de)不穩定，所以系統需設輔熱設備，而輔熱設備的(de)設置必須以充分利用太陽能為(wèi)原則。再者，由于系統要設置太陽能與輔熱兩套加熱系統，勢必大大增加一次投資，因此太陽能系統的(de)産熱量宜以滿足一年(nián)中大部分時(shí)段的(de)平均日(rì)用熱水(shuǐ)量為(wèi)合理(lǐ)，即用水(shuǐ)人(rén)數、定額均應按此原則确定，并選擇合适的(de)太陽能保證率。

 

03

太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程的(de)設計(jì)要點分析

（一）集熱系統的(de)設計(jì)

 

1、系統規模設計(jì)

 

集熱系統的(de)規模不宜過大，集熱器(qì)陣列的(de)總出水(shuǐ)口同儲熱水(shuǐ)箱間(jiān)的(de)距離應控制在300米範圍內(nèi)。在小(xiǎo)區(qū)規模較大時(shí)。可以鄰近(jìn)幾幢或單幢為(wèi)一個(gè)小(xiǎo)系統，且通(tōng)過增設站室便可實現(xiàn)節能的(de)效果。

 

2、選擇加熱系統

 

加熱系統分為(wèi)直接加熱和(hé)間(jiān)接加熱兩種方式，且兩者各有(yǒu)利弊，直接加熱可實現(xiàn)較高(gāo)的(de)加熱效率，而間(jiān)接加熱則能夠有(yǒu)效防止水(shuǐ)垢的(de)産生(shēng)，使集熱器(qì)使用壽命得到延長(cháng)。實際應用中，對(duì)于間(jiān)接加熱系統的(de)應用更為(wèi)适宜，且實際應用中，集熱器(qì)需進行承壓處理(lǐ)，需增設循環泵和(hé)換熱設備。

 

3、選擇儲熱設備

 

儲熱設備的(de)選擇是以間(jiān)接加熱系統的(de)确定為(wèi)前提的(de)，儲熱設備包括儲熱水(shuǐ)箱和(hé)儲熱水(shuǐ)罐兩種。對(duì)于較大熱水(shuǐ)供應量的(de)工(gōng)程，選擇儲熱水(shuǐ)箱更為(wèi)适宜，其原因在于這(zhè)一儲熱方式的(de)出水(shuǐ)量每天可達上(shàng)百立方米，而儲熱水(shuǐ)罐的(de)應用則适合熱水(shuǐ)供應量較小(xiǎo)的(de)工(gōng)程，在施工(gōng)現(xiàn)場(chǎng)就可完成拼裝，投資小(xiǎo)、占地(dì)小(xiǎo)。

 

（二）輔熱設備的(de)設計(jì)

 

1、計(jì)算(suàn)輔熱設備負荷

 

依據相(xiàng)關規範要求，對(duì)于太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程輔熱設備負荷的(de)設計(jì)，應當不考慮太陽能效用，而将日(rì)常所需熱量作(zuò)為(wèi)輔助設備作(zuò)為(wèi)依據。

 

2、選擇輔助熱源和(hé)輔熱設備

 

選擇輔助熱源時(shí)，宜選熱力管網、燃氣、燃油、熱泵、電(diàn)等。對(duì)于小(xiǎo)型太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統宜選擇電(diàn)作(zuò)為(wèi)輔助能源。在儲熱水(shuǐ)罐（箱）中直接放(fàng)入電(diàn)熱元件(jiàn)即可實現(xiàn)，但(dàn)這(zhè)一輔助熱源的(de)應用需要增加相(xiàng)應的(de)防垢措施，否則其自(zì)身(shēn)所形成的(de)水(shuǐ)垢會導緻難以有(yǒu)效散熱，燒壞元件(jiàn)。而對(duì)于規模較大的(de)太陽能熱水(shuǐ)系統則宜選用電(diàn)熱鍋爐作(zuò)為(wèi)輔助能源，而達到耐用安全的(de)目的(de)。在選擇輔助設備時(shí)，可依據常規熱源方式進行選擇，且在設備型号與台數的(de)确定上(shàng)，應同太陽能自(zì)身(shēn)不穩定特點相(xiàng)結合，選擇兩台或多台匹配設備，即無太陽能時(shí)，設備同時(shí)運行，有(yǒu)太陽能時(shí)，一台運行，從(cóng)而達到節能高(gāo)效的(de)目的(de)。太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組的(de)應用比較普遍，其原理(lǐ)是在機(jī)組的(de)蒸發器(qì)上(shàng)增加了一輔助換熱器(qì)。熱泵在低(dī)溫環境下(xià)制熱運行時(shí)，高(gāo)于環境溫度的(de)太陽能熱水(shuǐ)流經該輔助換熱器(qì)，與将進入蒸發器(qì)的(de)室外(wài)空氣進行熱量交換提高(gāo)其溫度，從(cóng)而使制冷(lěng)劑在相(xiàng)對(duì)較高(gāo)的(de)環境裏蒸發吸熱，提高(gāo)了蒸發溫度，改善了太陽能供熱系統的(de)工(gōng)作(zuò)狀況。

 

3、布置集熱和(hé)輔熱設備

 

在儲熱水(shuǐ)罐中，應将電(diàn)熱元件(jiàn)置于适當位置，當無太陽能時(shí)，亦可依靠電(diàn)熱及熱水(shuǐ)儲量來(lái)基本滿足熱水(shuǐ)需求。當太陽能熱水(shuǐ)系統較大，且集熱與輔熱都(dōu)采用水(shuǐ)箱時(shí)，亦相(xiàng)互獨立，并進行串聯的(de)布置，前者為(wèi)集熱水(shuǐ)箱，起到預熱作(zuò)用，後者為(wèi)供熱或輔熱水(shuǐ)箱，這(zhè)樣當太陽能不充足時(shí)，亦可起到對(duì)冷(lěng)水(shuǐ)進行預熱處理(lǐ)，而當無太陽能的(de)情況下(xià)，隻需通(tōng)過輔助熱源來(lái)加熱輔熱水(shuǐ)箱內(nèi)的(de)水(shuǐ)，便可正常供熱，且不會對(duì)集熱水(shuǐ)箱的(de)集熱産生(shēng)影響。

 

（三）系統工(gōng)程安全設計(jì)

 

1、防過熱、防爆安全設計(jì)

 

太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程設計(jì)中，防高(gāo)溫、防爆安全措施是十分重要的(de)設計(jì)內(nèi)容。通(tōng)常情況下(xià)，包括如下(xià)幾方面設計(jì)內(nèi)容：第一，集熱系統的(de)管道(dào)上(shàng)應設放(fàng)氣器(qì)、安全閥、膨脹管。且未降低(dī)集中介質損耗，可适當提升系統內(nèi)部的(de)壓力；第二，設置空氣散熱器(qì)，即當集熱器(qì)中水(shuǐ)溫過高(gāo)時(shí)，利用空氣散熱器(qì)來(lái)散出熱量，從(cóng)而防止過熱現(xiàn)象；第三，采用遮陽設備。集熱系統所采用的(de)閥件(jiàn)、管件(jiàn)、管材等應為(wèi)耐高(gāo)溫材質，且極熱管上(shàng)所連接的(de)設備、閥件(jiàn)及密封材料也應為(wèi)耐高(gāo)溫材質。

 

2、防凍安全設計(jì)

 

對(duì)于北方寒冷(lěng)地(dì)區(qū)和(hé)存在凍結可能地(dì)區(qū)，在系統工(gōng)程設計(jì)過程當中，應就防凍問(wèn)題進行考慮。防凍措施主要包括倒循環、添加防凍劑、排回、排空等，且這(zhè)些方法各具利弊，其應用過程中應始終圍繞“因地(dì)制宜”的(de)原則進行。其中，倒循環這(zhè)種方法較為(wèi)簡單，也比較常用，但(dàn)存在耗電(diàn)的(de)缺點，可通(tōng)過集熱管道(dào)保溫、降低(dī)集熱系統阻力損失、确定合理(lǐ)的(de)傳感器(qì)溫度來(lái)緩解這(zhè)一問(wèn)題。

 

04

結語

太陽能集中熱水(shuǐ)供應系統具有(yǒu)舒适、經濟、節能、實用、方便等優勢，且系統工(gōng)程設計(jì)涉及多種因素。明(míng)确系統應用範圍，以系統工(gōng)程的(de)設計(jì)原則為(wèi)前提，借鑒上(shàng)述內(nèi)容，有(yǒu)效地(dì)開(kāi)展，從(cóng)而有(yǒu)效保障太陽能集中供應熱水(shuǐ)工(gōng)程設計(jì)的(de)節能性、合理(lǐ)性。