簡(jiǎn)述太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙改英

摘 要：節(jié)能、環(huán)保、便捷、經(jīng)濟(jì)效益明顯是太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)具有的巨大優(yōu)勢(shì)，如今，太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)成為太陽能應(yīng)用的主要形式。在全社會(huì)倡導(dǎo)節(jié)能減排的大形勢(shì)下，開發(fā)、研究該系統(tǒng)具有極大的意義。本文歸納了該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并把集熱系統(tǒng)、輔熱系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了重點(diǎn)介紹。

關(guān)鍵詞：太陽能；熱水供應(yīng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；集熱器；輔熱設(shè)備

1 闡述太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置，在目前的太陽能應(yīng)用發(fā)展中，太陽能熱水系統(tǒng)是最成熟、最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值并且已經(jīng)商品化的應(yīng)用產(chǎn)品。按加熱循環(huán)方式分類，太陽能熱水器可分為自然循環(huán)式、強(qiáng)制循環(huán)式、儲(chǔ)置式3種。太陽能集熱器、保溫水箱、連接管路和控制中心是構(gòu)成太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的3大部件。

2 太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的四大優(yōu)點(diǎn)

第一大優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能環(huán)保，該系統(tǒng)的主要熱源是太陽能，作為房屋建筑熱水系統(tǒng)和采暖用熱水系統(tǒng)的主要熱源，該系統(tǒng)減少了能源與資源的消耗，減少了二氧化碳的排放，不對(duì)空氣進(jìn)行污染。

第二大優(yōu)點(diǎn)：通過統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)、同步施工，設(shè)備及管線的合理配置，該系統(tǒng)與房屋建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)有序結(jié)合在一起，與建筑物協(xié)調(diào)一致。這樣既保證了整體工程質(zhì)量，也提高了建筑物的美感和景觀藝術(shù)。做到省時(shí)、省工、省力。

第三大優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全。該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、簡(jiǎn)單易學(xué)、便于操作。而且功能完善，特別是智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)安全可靠。很少出現(xiàn)安全事故。為現(xiàn)代家庭和單位所接受。

第四大優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)可利用現(xiàn)有工程條件和地方資源優(yōu)化配置輔助加熱能源，如市政蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)能源、中央空調(diào)系統(tǒng)能源等，達(dá)到充分利用能源的目的。

3 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的四個(gè)要點(diǎn)

3.1 集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1 系統(tǒng)規(guī)模設(shè)計(jì)

集熱系統(tǒng)的規(guī)模適可而止，不宜過大，集熱器陣列的總出水口同儲(chǔ)熱水箱間的距離應(yīng)控制在300m范圍內(nèi)。在規(guī)模較大的小區(qū)，可以把相鄰的幾幢或單幢建筑分為一個(gè)小系統(tǒng)，通過增設(shè)站室實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.1.2 選擇適合的加熱系統(tǒng)

太陽能加熱系統(tǒng)可分為間接式和直接式，直接式又可分為自然循環(huán)式和強(qiáng)制循環(huán)式，而強(qiáng)制循環(huán)式又可分為連續(xù)式和間歇式。各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體比較如下：

間接式室外部分所用工質(zhì)為防凍液，防凍能力強(qiáng)，但由于需換熱器加熱循環(huán)水，故初次投資比較大，而且總的熱效率低。

自然循環(huán)式無須專人看護(hù)，一次投資少，但水箱需高架，抗凍性能差，且系統(tǒng)不能過大，集熱面積通常在30m2以下。

連續(xù)式強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)水箱可置于室內(nèi)，水泵連續(xù)運(yùn)行且工況穩(wěn)定，初次投資較省。缺點(diǎn)是該系統(tǒng)常常在日照較弱的情況下運(yùn)行水泵，造成無效運(yùn)行，浪費(fèi)電能。

間歇式強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)增設(shè)了水泵運(yùn)行控制儀，該系統(tǒng)避免了水泵無效運(yùn)行，缺點(diǎn)是初次投資較大，而且運(yùn)行管理要求也比較高。

綜上分析可知：自然循環(huán)式系統(tǒng)可優(yōu)先采用于非寒冷地區(qū)的小面積系統(tǒng)。連續(xù)式強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)可用于游泳池和魚塘用水加熱。間歇式強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)先用在賓館、浴池大面積系統(tǒng)。使用間接系統(tǒng)時(shí)應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。而且只有選擇合適的加熱系統(tǒng)，才能做到物盡其才。

3.1.3 集熱器的選型

太陽能集熱器包括平板型、熱管真空管、全玻璃真空管等。平板型的優(yōu)點(diǎn)是集熱塊、價(jià)格低、承壓高、耐熱沖擊性能好，缺點(diǎn)是室外氣溫較低時(shí)熱損失較大，不耐冰凍。熱管真空管的優(yōu)點(diǎn)是熱效較高、承壓能力大、耐熱沖擊性能好、耐冰凍，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，這種集熱器幾乎找不到缺點(diǎn)，是比較理想的一種類型。全玻璃真空管的優(yōu)點(diǎn)是全年熱效高，缺點(diǎn)是承壓能力低、系統(tǒng)可靠性差，更重要的是玻璃管內(nèi)易結(jié)垢且難清理。

綜上分析，平板型集熱器優(yōu)先用于非冰凍地區(qū)；熱管真空管優(yōu)先用于在寒冷地區(qū)的大面積熱水系統(tǒng)；在寒冷地區(qū)大面積使用全玻璃真空管時(shí)，必須采取措施提高其承壓能力和抗熱沖擊能力。

3.1.4 集熱器的定位

首先，集熱器的方位角宜朝南，如果不能做到，最好設(shè)置為南偏東或南偏西15°角內(nèi)擺放。其次，全年使用時(shí)，安裝傾角應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢拢粋?cè)重在冬季使用時(shí)，傾角應(yīng)比當(dāng)?shù)鼐暥却?0°；側(cè)重在夏天使用時(shí)，傾角應(yīng)比當(dāng)?shù)鼐暥刃?0°。最后，為了避免相互遮擋，成排安裝時(shí)，集熱器的間距應(yīng)大于日照間距。順坡屋面安裝時(shí)，要留出安裝間距和檢修空間。

3.2 輔熱設(shè)備的設(shè)計(jì)

首先要計(jì)算輔熱設(shè)備負(fù)荷。輔熱設(shè)備負(fù)荷的設(shè)計(jì)，應(yīng)該把日常所需熱量作為輔助設(shè)備考慮因素，而不應(yīng)考慮太陽能的效用。其次在輔助設(shè)備選型上，可根據(jù)熱源不同，要求不同，采取因地制宜，恰當(dāng)應(yīng)用工業(yè)廢熱、設(shè)備余熱、電熱水鍋爐、柴油鍋爐、燃?xì)忮仩t、空氣源熱泵等。近幾年，空氣源熱泵熱水器從空氣中獲得能源具有節(jié)能環(huán)保、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，是輔助加熱的最佳選擇。在氣溫較高的南方地區(qū)，更加適合這種產(chǎn)品。

3.3 防過熱、防爆安全設(shè)計(jì)

防高溫、防爆是太陽能供熱系統(tǒng)必需具備的功能。要做好這項(xiàng)工作，需要做好以下幾點(diǎn)。第一，把放氣器、安全閥、膨脹管設(shè)放在集熱系統(tǒng)的管道上，適當(dāng)提升系統(tǒng)內(nèi)部的壓力。第二，設(shè)置空氣散熱器，當(dāng)溫度過高時(shí)用來散出熱量，防止過熱。第三，采用遮陽設(shè)備。盡量避免高溫出現(xiàn)。不讓供熱系統(tǒng)過熱，把事故消滅于萌芽之中。

3.4 防凍安全設(shè)計(jì)

倒循環(huán)、排回、排空、添加防凍劑是防凍的主要措施，各具利弊，應(yīng)因地制宜。其中，倒循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是耗電量大。可通過保溫、降阻等方式來解決這一問題。

4 結(jié)束語

隨著人們環(huán)境意識(shí)的提高，太陽能的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，特別是太陽能熱水器已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶，但也應(yīng)看到在太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中也存在諸多問題。只有采取合理的技術(shù)措施將之解決，才能真正發(fā)揮太陽能資源的優(yōu)勢(shì)來造福人類。

參考文獻(xiàn)

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[2]姚良琮，姚麗婕.雙節(jié)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用[J].Shanghai Gas，2012，（5）：38-41.

（作者單位：邯鄲建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司）