集中供熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)分析

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能集熱器采集太陽(yáng)熱量，在陽(yáng)光的照射下使太陽(yáng)的光能充分轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制循環(huán)泵或電磁閥等功能部件將系統(tǒng)采集到的熱量傳輸?shù)酱笮蛢?chǔ)水保溫水箱中，在匹配當(dāng)量的電力、燃?xì)?、燃油等能源，把?chǔ)水保溫水箱中的水加熱并成為比較穩(wěn)定的定量能源設(shè)備。該系統(tǒng)既可提供生產(chǎn)和生活用熱水，又可作為其他太陽(yáng)能利用形式的冷熱源，是目前太陽(yáng)熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品。

上海交谷太陽(yáng)能科技有限公司技術(shù)工程師根據(jù)過(guò)往的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方案，對(duì)集中供熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)做如下分析：

01  太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng)組成 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要由以下四部分組成：

1.1集熱器：主要由集熱管和聯(lián)集器組成。根據(jù)其形式、特點(diǎn)及使用范圍，分為池式、袋式、筒式、管板式、真空管式及熱管真空管式，其中真空管式應(yīng)用最廣泛。集熱器間可以并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)。震哥哥集熱器固定在平屋頂?shù)幕炷粱A(chǔ)上。

1.2 集熱水箱：集熱水箱是儲(chǔ)存熱水袋額儲(chǔ)熱設(shè)備，以保證熱水供應(yīng)的穩(wěn)定。其要求與普通熱水箱基本相同，并根據(jù)不同地區(qū)采用不同 的保溫處理。集熱水箱根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置于平屋頂上。

1.3 鏈接管道：連接集熱器于集熱水箱以便形成一個(gè)完整的循環(huán)系統(tǒng)，管道布置分為等程式。連接管道應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)采用不同的保溫處理。

1.4 輔助部件：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的輔助部件包括水位計(jì)、溫控儀表閥門、過(guò)濾器、循環(huán)水泵及輔助加熱器等，應(yīng)根據(jù)不同情況選用。

02  太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng)原理

2.1自然循環(huán)

自然循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是依靠集熱器和儲(chǔ)水箱中的溫差，形成系統(tǒng)的熱虹吸壓頭，使水在系統(tǒng)中循環(huán)；與此同時(shí)，將集熱器的有用能量收益通過(guò)加熱水，不斷儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱內(nèi)。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，集熱器內(nèi)的水受太陽(yáng)能輻射能加熱，溫度升高，密度降低，加熱后的水在集熱器內(nèi)逐步上升，從集熱器的上循環(huán)管進(jìn)入儲(chǔ)水箱的上部；與此同時(shí)，儲(chǔ)水箱底部的冷水由下循環(huán)管流入集熱器的底部；這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，儲(chǔ)水箱中的水形成明顯的溫度分層，上層水首先達(dá)到可使用的溫度，直至整個(gè)儲(chǔ)水箱的水都可以使用。

用熱水時(shí)，有兩種取熱水的方法。一種是有補(bǔ)水箱，由補(bǔ)水箱向儲(chǔ)水箱底部補(bǔ)充冷水，將儲(chǔ)水箱上層熱水頂出使用，其水位由補(bǔ)水箱內(nèi)的浮球閥控制，有時(shí)稱這種方法為頂水法；另一種是無(wú)補(bǔ)水箱，熱水依靠本身重力從儲(chǔ)水箱底部落下使用，有時(shí)稱這種方法為落水法。

2.2強(qiáng)制循環(huán)

強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是在集熱器和儲(chǔ)水箱之間管路上設(shè)置水泵，作為系統(tǒng)中水的循環(huán)動(dòng)力；與此同時(shí)，集熱器的有用能量收益通過(guò)加熱水，不斷儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱內(nèi)。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)泵的啟動(dòng)和關(guān)閉必須要有控制，否則既浪費(fèi)電能又損失熱能。通常溫差控制較為普及，有時(shí)還同時(shí)應(yīng)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(lái)控制循環(huán)泵的運(yùn)行。

強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)可適用于大、中、小型各種規(guī)模的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。在雙回路的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)中，換熱器既可以是置于貯水箱內(nèi)的浸沒(méi)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(méi)式換熱器相比，有許多優(yōu)點(diǎn)：其一，板式換熱器的換熱面積大，傳熱溫差小，對(duì)系統(tǒng)效率影響少；其二，板式換熱器設(shè)置在系統(tǒng)管路之中，靈活性較大，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置；其三，板式換熱器已商品化、標(biāo)準(zhǔn)化，質(zhì)量容易保證，可靠性好。

03  太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng)應(yīng)用

3.1工程概況 

職工住宅樓建筑面積3900㎡，3單元，12戶/單元，每戶設(shè)計(jì)用熱水量120L/日，設(shè)計(jì)日平均45℃熱水4.4噸，采用集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，分戶計(jì)量，熱水箱置于各單元頂層樓梯間內(nèi)，管道內(nèi)熱水恒溫循環(huán)，保證用水即開即熱。 

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

3.2.1太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)供水溫度45℃，自來(lái)水溫度按照15℃考慮，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)溫升ΔT=45℃-15℃ =30℃。

3.2.2集熱器面積以某地區(qū)全年日平均輻射量14550KJ/㎡·d為計(jì)算依據(jù)，太陽(yáng)能集熱器總面積計(jì)算公式為

A=Q×C×(t2-t1)×p×f/J×?1×(1-?2)

式中：A—太陽(yáng)能集熱器面積，m²；

Q—設(shè)計(jì)日均熱水用量，4.4t/d；

C—水的定壓比熱容，取4.187KJ/(kg·℃）；

t1—水的初始溫度，取15℃；

t2—儲(chǔ)水箱內(nèi)水的設(shè)計(jì)溫度，取45℃；

P—水的密度，取1000kg/m³；

f—太陽(yáng)能保證率，取60%；

J—集熱器采光面上的平局日輻照量，取14550KJ/m²·d；

?1—集熱器的年平均集熱效率，根據(jù)廠家數(shù)據(jù)，取0.5；

?2—儲(chǔ)水箱及管路熱損失率，取20%。

計(jì)算得所需太陽(yáng)能集熱器面積為18.99m²/單元；本工程選用銅鋁復(fù)合系列平板太陽(yáng)能集熱器，每片有效集熱面積2.22m²，實(shí)際宮采用11片。

3.2.3儲(chǔ)熱水箱容積V=B2As

式中：V—儲(chǔ)熱水箱溶劑，L；

B2—每m²集熱器所需的有效儲(chǔ)水容積，取65L/m²；

As—集熱器總面積，取24.5m²。

計(jì)算得儲(chǔ)熱水箱容積1.593T,實(shí)際選用容積為1.6T的儲(chǔ)熱水箱；內(nèi)膽采用304不銹鋼焊接，外用50mm厚聚氨酯保溫。輔助電加熱18KW/單元，效率90%。 

3.2.4循環(huán)泵選型 

集熱系統(tǒng)循環(huán)泵選擇PH-101E,全揚(yáng)程H=5米，最大流量Q=7.2噸，輸入功率為100W；供水系統(tǒng)循環(huán)泵選擇PW-101E,全揚(yáng)程H=5米，最大流量Q=7.2噸，輸入功率為100W。 

3.2.5防凍措施 

采用管道循環(huán)防凍，為預(yù)防冬季停電現(xiàn)象，在管路底部設(shè)置手動(dòng)排空裝置，當(dāng)停電致防凍循環(huán)不能啟動(dòng)時(shí)，打開閥門將管路中的水排空，達(dá)到防凍的效果。 

04   結(jié)語(yǔ) 

住宅建筑的多樣化、太陽(yáng)能集熱器與建筑一體化技術(shù)的發(fā)展水平、輔助熱源的選擇、各地氣象條件及能源價(jià)格差異等因素，令系統(tǒng)應(yīng)用形式多樣化；同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的儲(chǔ)熱水箱選擇、水溫設(shè)定、冷熱水平衡、熱水立管布置等將直接影響系統(tǒng)的節(jié)能性與舒適性；不同項(xiàng)目應(yīng)具體分析、精心設(shè)計(jì)，方能令太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)揮最大效益。 交大光谷太陽(yáng)能是上海市建筑節(jié)能協(xié)會(huì)推薦的地產(chǎn)配套和酒店節(jié)能改造項(xiàng)目的優(yōu)秀品牌，交大光谷太陽(yáng)能應(yīng)用范圍涵蓋了工商業(yè)和民用項(xiàng)目，如學(xué)校、醫(yī)院、工廠、機(jī)關(guān)、敬老院、游泳館、浴場(chǎng)等。