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    NEWS

    太陽能熱水系統

    發布日期:2017-09-13

       太陽能熱水系統是利用太陽能集熱器采集太陽熱量,在陽光的照射下使太陽的光能充分轉化為熱能,通過控制系統自動控制循環泵或電磁閥等功能部件將系統采集到的熱量傳輸到大型儲水保溫水箱中,在匹配當量的電力、燃氣、燃油等能源,把儲水保溫水箱中的水加熱并成為比較穩定的定量能源設備。該系統既可提供生產和生活用熱水,又可作為其他太陽能利用形式的冷熱源[1]  ,是目前太陽熱能應用發展中最具經濟價值、技術最成熟且已商業化的一項應用產品。

    一、 系統原理
    1、無動力型
    系統組成:真空管集熱器、可連接水箱、可調整支架、換熱器。
         無動力循環即熱式太陽能熱水系統運行原理:真空管內的水遇到陽光輻射后,開始升溫,管內的水升溫后密度變小,自然循環到水箱內,逐步把水箱內的水加熱,升溫后的水儲存在具有聚氨酯發泡保溫的的水箱內。室內冷水經過水箱內固定好的波紋管流道流過,把帶有壓力的自來水溫升到幾乎與水箱內水溫相同的溫度(溫差小于2度)流出。從而獲得穩定、有壓力的、潔凈的熱水。
    2、自然循環
        自然循環太陽能熱水系統是依靠集熱器和儲水箱中的溫差,形成系統的熱虹吸壓頭,使水在系統中循環;與此同時,將集熱器的有用能量收益通過加熱水,不斷儲存在儲水箱內。
        系統運行過程中,集熱器內的水受太陽能輻射能加熱,溫度升高,密度降低,加熱后的水在集熱器內逐步上升,從集熱器的上循環管進入儲水箱的上部;與此同時,儲水箱底部的冷水由下循環管流入集熱器的底部;這樣經過一段時間后,儲水箱中的水形成明顯的溫度分層,上層水首先達到可使用的溫度,直至整個儲水箱的水都可以使用。
    用熱水時,有兩種取熱水的方法。一種是有補水箱,由補水箱向儲水箱底部補充冷水,將儲水箱上層熱水頂出使用,其水位由補水箱內的浮球閥控制,有時稱這種方法為頂水法;另一種是無補水箱,熱水依靠本身重力從儲水箱底部落下使用,有時稱這種方法為落水法。
    3、強制循環
         強制循環太陽能熱水系統是在集熱器和儲水箱之間管路上設置水泵,作為系統中水的循環動力;與此同時,集熱器的有用能量收益通過加熱水,不斷儲存在儲水箱內。
         系統運行過程中,循環泵的啟動和關閉必須要有控制,否則既浪費電能又損失熱能。通常溫差控制較為普及,有時還同時應用溫差控制和光電控制兩種。
          溫差控制是利用集熱器出口處水溫和貯水箱底部水溫之間的溫差來控制循環泵的運行。
          早晨日出后,集熱器內的水受太陽輻射能加熱,溫度逐步升高,一旦集熱器出口處溫和貯水箱底部水溫之間的溫差達到設定值(一般8~10℃)時,溫差控制器給出信號,啟動循環泵,系統開始運行;遇到云遮日或下午日落前,太陽輻照度降低,集熱器溫度逐步下降,一旦集熱器出口處水溫和貯水箱底部水溫之間的溫差達到另一設定值(一般3~4℃)時,溫差控制器給出信號,關閉循環泵,系統停止運行。用熱水時,同樣有兩種取熱水的方法:頂水法和落水法。頂水法是向貯水箱底部補充冷水(自來水),將貯水箱上層熱水頂出使用;落水法是依靠熱水本身重力從貯水箱底部落下使用。在強制循環條件下,由于貯水箱內的水得到充分的混合,不出現明顯的溫度分層,所以頂水法和落水法都一開始就可以取到熱水。頂水法與落水法相比,其優點是熱水在壓力下的噴淋可提高使用者的舒適度,而且不必考慮向貯水箱補水的問題;缺點也是從貯水箱底部進入的冷水會與貯水箱內的熱水摻混。落水法的優點是沒有冷熱水的摻混,但缺點是熱水靠重力落下而影響使用者的舒適度,而且必須每天考慮向貯水箱補水的問題。
          在雙回路的強制循環系統中,換熱器既可以是置于貯水箱內的浸沒式換熱器,也可以是置于貯水箱外的板式換熱器。板式換熱器與浸沒式換熱器相比,有許多優點:其一,板式換熱器的換熱面積大,傳熱溫差小,對系統效率影響少;其二,板式換熱器設置在系統管路之中,靈活性較大,便于系統設計布置;其三,板式換熱器已商品化、標準化,質量容易保證,可靠性好。
           強制循環系統可適用于大、中、小型各種規模的太陽能熱水系統。
    4、直流式
          直流式太陽能熱水系統是使水一次通過集熱器就被加熱到所需的溫度,被加熱的熱水陸續進入貯水箱中。
    系統運行過程中,為了得到溫度符合用戶要求的熱水,通常采用定溫放水的方法。集熱器進口管與自來水管連接。集熱器內的水受太陽輻射能加熱后,溫度逐步升高。在集熱器出口處安裝測溫元件,通過溫度控制器,控制安裝在集熱器進口管理上電動閥的開度,根據集熱器出口溫度來調節集熱器進口水流量,使出口水溫始終保持恒定。這種系統運行的可靠性取決于變流量電動閥和控制器的工作質量。
          有些系統為了避免對電動閥和控制器提出苛刻的要求,將電動閥安裝在集熱器出口處,而且電動閥只有開啟和關閉兩種狀態。當集熱器出口溫度達到某一設定值時,通過溫度控制器,開啟電動閥,熱水從集熱器出口注入貯水箱,與此同時冷水(自來水)補充進入集熱器,直至集熱器出口溫度低于設定值時,關閉電動閥,然后重復上述過程。這種定溫放水的方法雖然比較簡單,但由于電動閥關閉有滯后現象,所以得到的熱水溫度會比設定值低一些。
           直流式系統有許多優點:其一,與強制循環系統相比,不需要設置水泵;其二,與自然循環系統相比,貯水箱可以放在室內;其三,與循環系統相比,每天較早地得到可用熱水,而且只要有一段見晴時刻,就可以得到一定量的可用熱水;其四,容易實現冬季夜間系統排空防凍的設計。直流式系統的缺點是要求性能可靠的變流量電動閥和控制器,使系統復雜,投資增大。
    直流式系統主要適用于大型太陽能熱水系統。

    二、系統組成
    太陽陽能熱水系統主要由太陽能集熱器、儲水保溫水箱、管道保溫系統(連接管道)、自動控制系統和其他外部設備(如:循環泵、電磁閥及伴熱帶等)組成。[2]
    1、集熱器
         系統中的集熱元件,其功能相當于電熱水器中的電加熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是,太陽能集熱器利 用的是太陽的輻射熱量,故而加熱時間只能在有太陽照射的白晝,所以有時需要輔助加熱,如鍋爐、電加熱等。
         目前中國市場上最常見的是全玻璃太陽能真空集熱管。結構分為外管、內管,在內管外壁鍍有選擇性吸收涂層。平板集熱器的集熱面板上鍍有黑鉻等吸熱膜,金屬管焊接在集熱板上,平板集熱器較真空管集熱器成本稍高,近幾年平板集熱器呈現上升趨勢,尤其在高層住宅的陽臺式太陽能熱水器方面有獨特優勢。全玻璃太陽能集熱真空管一般為高硼硅3.3特硬玻璃制造,選擇性吸熱膜采用真空濺射選擇性鍍膜工藝。
    2、保溫水箱
         和電熱水器的保溫水箱一樣,是儲存熱水的容器。因為太陽能集熱器只能白天工作,而人們一般在晚上才使用熱水,所以必須通過保溫水箱把集熱器在白天產出的熱水儲存起來。容積是每天晚上用熱水量的總和。
         水箱內膽是儲存熱水的重要部分,其用材料強度和耐腐蝕性至關重要。市場上有不銹鋼、搪瓷等材質。保溫層保溫材料的好壞直接關系著保溫效果,在寒冷季節尤其重要。較好的保溫方式是聚氨脂整體發泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不銹鋼板。
    3、連接管路
         將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫水箱輸送到集熱器的通道,使整套系統形成一個閉合的環路。設計合理、連接正確的循環管道對太陽能系統是否能達到最佳工作狀態至關重要。熱水管道必須做保溫防凍處理。管道必須有很高的質量,保證有20年以上的使用壽命。同時,為了減少熱量在管道傳輸過程中的損失,連接管路還應具備保溫系統。
    4、控制中心
          自動控制系統是熱水系統的大腦,各種信號傳感器就是系統的神經。太陽能熱水系統與普通太陽能熱水器的區別就是控制中心。作為一個系統,控制中心負責整個系統的監控、運行、調節等功能,的技術已經可以通過互聯網遠程控制系統的正常運行。
    5、其它外部設備
          其它外部設備主要包括循環泵、增壓泵、供水泵和電磁閥。這要根據循環管道的粗細、流量的大小、集熱器串并聯的組數、集熱器安置位置的高低綜合因素確定,尤其是循環泵揚程、流量、吸程的確定,根據水箱位置的高低,循環泵的揚程差別巨大,應該更為謹慎。

    三、系統特點
    1.環保效益——相對于使用化石燃料制造熱水,能減少對環境的污染及溫室氣體-二氧化碳的產生。
    2.節省能源——太陽能是屬于每個人的能源,只要有場地與設備,任何人都可免費使用它。
    3.安全——不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危險,或使用燃料油鍋爐有爆炸的顧慮,或使用電力會有漏電的可能。
    4.不占空間——不需專人操作自動運轉。另外,太陽能集熱器裝在屋頂上,不會占用任何室內空間。
    5.具經濟效益——正常的太陽能熱水器是不易損壞,壽命至少在十年以上,甚至有到二十年的,因為基本熱源為免費的太陽能,所以使用它十分符合經濟成本效益。[4]

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