淺析：“太陽能集熱工程”組成及其原理

時間:2010-03-22 21:09 中國太陽能產業聯盟網 點擊:次 我要評論（）

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        太陽能中央熱水系統是由集熱器、保溫水箱、控制系統、自動上水控制箱、循環泵、管路配件等有機組合而成的集熱供水系統。它是由集熱器吸收太陽能輻射轉換成熱能，把冷水變成熱水；由自動上水控制箱實現自動上水，并通過調節控制系統達到：
 
        溫差循環——提高集熱效率；
        管道循環——打開水嘴即出熱水；
        定時定溫電加熱措施——恒溫供熱水；
        24小時恒溫供水；
        恒壓供水（≤0.6Mpa）；
        防凍裝置——冬季照常使用。

        整個系統自動運行，使用安全，維護方便。組合式結構，可根據用水量、安裝場地、用戶需求來進行靈活的排列組合。保溫水箱內設有電加熱裝置，根據用戶需要和實際情況，電加熱功率可以適當增減，滿足陰雨天及冬季用熱水的要求，實現光電互補，微電腦智能化控制，確保全天候供應足量的熱水。

        太陽能工程常識

        產品選型：作為工程使用的產品，不僅對產品質量有較高的要求，同時在產品設計上也要符合工程產品要求。不能把一般的產品運用在工程設計上，因為市面上零售的產品為家庭設計使用型，如果運用在工程中故障率較高，熱效率低，達不到設計意圖。
        管道設計：工程聯接管材的設計特別重要，如果系統管道設計不合理容易出現水頭阻力太大，出水量小，熱水供應量不足，有時可能出現熱水短路等問題。嚴重的影響了系統的正常運行，管道設計上盡量要求水路平衡，管道口徑要求與系統設計匹配，計算管道合理流量。
        輔助能源：太陽能集熱器是靠天吃飯，如果遇到陰雨霧雪天氣太陽能光照不足，集熱器無法獲取足夠的能量，這時太陽能工程不能滿足正常用水要求，這時需要第二能源作為輔助。一般太陽能工程選擇電加熱管、電鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐等輔助能源設備，設備型號選用要考慮到陰雨霧雪最大熱水需求量，必免影響正常的熱水需求，同時又要實現投資的經濟合理性。
        控制系統：電氣控制是太陽能工程的重要組成部分，它可以實現熱水工程的智能化控制，比如：自動上水，水滿自停，顯示水溫水位，自動或定時電加熱、定時出水、管道循環以及增壓等控制。控制系統選用特別重要，因為電氣有一定的不穩定性，故障率較高，需要特別維護。控制系統要求正規廠家進行生產，這樣才有系統質量保證。降低系統故障率，提高太陽能工程的整體性能。
        補水系統：太陽能工程能夠提供出連續不斷的熱水，這就須要有充足的水源進行補充。一般采用浮球箱作為補水工具，浮球箱可以起到限流限壓作用，對太陽能工程補水穩定，安全可靠。在北方寒冷季節，需要對浮球箱進行保溫必要時在內部增加電加熱，保證冷水能夠及時補充，不影響系統正常運行。

        太陽能工程常見問題

        一、設計之前了解的問題：
        1、單位的建筑條件：
        建筑物集熱面積的大小、形狀、建筑物高度以及允許放置水箱的位置（樓頂、地面、地下室等）大多不一樣而不相同。
        2、用戶單位要求情況：
        日均用水總量；用戶是每日定時一次使用還是隨時使用；要求用水溫度；用水使用位置；實際用途：洗浴用水、浴池加溫、魚池加溫、環境（種植或養殖大棚）加溫。
        3、地理位置及條件：
        根據用戶的地理緯度和冬季最低環境溫度、四季日照條件、朝陽的方向是否有遮擋，分析安裝條件。
        4、用戶單位輔助能源的條件：
        確定采用（電加熱器，電鍋爐，燃油、燃氣鍋爐，水源、地源或空氣源熱泵機組等）一種方案或二種以上的組合方案。
        5、用戶單位的水壓與電壓：
        了解用戶單位的水壓與電壓以及供應情況。
 
        二、常見的幾種設計方案

        1、家用太陽能熱水器的串并聯方案。
        在用戶要求不是很高的情況下較為常見，適宜在用戶條件比較簡單的環境使用。安裝數量太多則載荷過重，對于建筑物會有不利影響。設計中注意上下水主管路的直徑與串并聯數量關系，避免補水量與用水量產生矛盾。
        2、自然循環設計方案。
        在小噸位用水量中也很普遍，不適于大噸位用水量方式。這種方式比較簡單，有一定的要求，水箱與太陽能集熱器的高度問題，水箱的支架要計算載荷問題和防風問題，符合《鋼結構設計規范》，無論是采用什么方式的太陽能集熱器，其串并聯的數量要求合理，應符合《太陽能熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規范》。
        3、定溫放水設計方案。
        通過集熱器與水箱之間的溫差，控制進涼水方式將達到設定溫度的熱水頂入水箱，水箱的熱水注滿后通過溫差循環繼續增溫，這也是很多太陽能公司目前使用的方案。這種方式在日照條件好時一般沒有問題，在日照條件較差時，應注意在這種方案中及時補水，使水箱內應具有一定的水量，防止電加熱器干燒。當水箱的水溫低于設定溫度時，要求輔助能源設備及時啟動，保證用戶的正常使用。另外，在設計中根據用戶的使用要求不同，分別設定采用每日定時加熱方式與定溫隨時加熱方式。在北方要有低溫防凍保護功能。
        4、溫差循環設計方案。
        通過控制器的設定，使水箱一次注滿水，達到最高水位，采用太陽能集熱器與水箱內的溫差，控制循環泵工作，不斷提升水箱中的水溫，這是一種很實用的溫差循環方案。設計中根據熱水使用的用途不同而設定出水溫度。每日定時上水，當達到最低水位時，隨時自動補水，保證水箱中一定的水量。根據用戶條件，輔助能源設備可以采用一種或二種以上的方案。設計中根據用戶的需求不同，可以設定是每日定時加熱方式還是定溫隨時加熱方式。在北方要求低溫防凍保護功能。
 
        三、控制器功能及系統設計：
 
        1、水箱溫度顯示：
        可以隨時觀察水箱中的水溫，這是用戶使用中需要經常了解的太陽能系統工作的重要數據。  
        2、集熱器溫度顯示：
        可以隨時觀察集熱器中的水溫，這是系統調試時需要了解太陽能系統工作的重要因素之一。
        3、水位狀態的顯示：
        采用五級水位顯示，水位狀態一目了然。這也是用戶使用中需要經常了解的重要數據。
        4、定時加熱時間：
        設定每天的加熱時間，控制器在設定時間根據水溫判斷是否需要自動啟動加熱功能。
        5、設定加熱溫度：
        設定的范圍適用于不同用戶的需求，洗浴溫度一般在30℃－75℃范圍為宜，其它用途根據需求設定，最高可以設定99℃。
        6、設定加熱方式：
        采用定時加熱或恒溫加熱。定時加熱是在設定的時間，每日一次加熱到設定溫度；恒溫加熱是在水溫低于設定溫度一定值時隨時上水并加熱，達到設定溫度時則停止加熱。
        7、設定上水時間
        設定每天的上水時間，控制器在設定時間使水位自動啟動上水至最高水位止，采用電磁閥還是水泵可根據需要確定。
        8、低水位自動補水：
        當水位下降到最低水位時，控制器應該無條件自動補滿水，保證水箱中有充足的用水。
        9、水箱溫度控制：
        水箱中的出水溫度根據用途來設定，洗浴溫度、大棚采暖溫度、物料烘干溫度等各種不同需求，設定的溫度各不相同。
        10、系統防凍問題：
        除了注意保溫材料的厚度問題，可以采用管路排空法；也可以采用全系統循環法或同時采用電伴熱帶保護法，當系統溫度達到低溫范圍時，可以采用上述的各種方法進行系統防凍保護。
        11、遠程監控：
        有一些用戶需要在控制室以外的位置需要了解太陽能系統是否正常工作，當控制器工作出現故障會及時發現。
        12、使用熱水的恒溫循環：
        具有使用熱水的循環功能，可以使熱水循環管路始終保持與儲熱水箱溫度接近或相同，用戶在任意水龍頭打開時即出熱水，使用戶的熱水使用具有方便性。
        13、增加采暖功能：
        根據設定溫度滿足南方地區主要取暖以及北方地區部分取暖要求，還可以為生產活動（蔬菜、花卉大棚）中的部分起到增溫工作和烘干室的部分工作，節省常規能源。
        14、電氣控制柜：
        控制柜內電路的總控制器及各分路控制器，注意使用功率匹配的熔斷器、斷路器、漏電保護器、繼電器及交流接觸器等，當發生供電設備短路或漏電現象，總控制器和各路分控制器及時切斷電路，查明故障原因后方可恢復。溫度控制器與電氣控制之間應正確安裝，必須接好保護地。
        15、安裝形式：
        根據環境條件，可采用多種角度安裝方式，采用強制循環方式可以從0度到90度任意安裝運行。
        16、儲能保溫水箱：
        適宜采用SMC玻璃鋼組裝式保溫水箱或不銹鋼組合式水箱。這二種水箱的主要特點：干凈衛生、永不生銹、符合衛生標準、重量輕、結構合理、現場組裝場地要求較低。水箱設計壽命均在30年以上。水箱外部采用高性能材料保溫及防護處理。
        17、防雷措施：
        太陽能集熱系統主體為金屬結構，將鋼結構與樓房原避雷系統連接，就可以有效地防止雷擊。
        18、防風處理：
        太陽能系統的角鋼支架采用螺栓緊固或焊接方式連接在一起，集熱器的支架采用角鋼和屋面女兒墻連接或與其它可以固定的位置連接，應符合《鋼結構設計規范》，可達到防風效果。

                                                                                                                     （責任編輯：未予）

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