集中供熱(rè)太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統工程技術分(fēn)析

太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統是利用(yòng)太陽能集熱(rè)器采集太陽熱(rè)量，在陽光(guāng)的(de)照(zhào)射下(xià)使太陽的(de)光(guāng)能充分(fēn)轉化(huà)爲熱(rè)能，通(tōng)過控制系統自動控制循環泵或電磁閥等功能部件将系統采集到的(de)熱(rè)量傳輸到大(dà)型儲水(shuǐ)保溫水(shuǐ)箱中，在匹配當量的(de)電力、燃氣、燃油等能源，把儲水(shuǐ)保溫水(shuǐ)箱中的(de)水(shuǐ)加熱(rè)并成爲比較穩定的(de)定量能源設備。該系統既可(kě)提供生産和(hé)生活用(yòng)熱(rè)水(shuǐ)，又可(kě)作爲其他(tā)太陽能利用(yòng)形式的(de)冷(lěng)熱(rè)源，是目前太陽熱(rè)能應用(yòng)發展中最具經濟價值、技術最成熟且已商業化(huà)的(de)一項應用(yòng)産品。

上海交谷太陽能科技有限公司技術工程師根據過往的(de)施工經驗和(hé)技術方案，對(duì)集中供熱(rè)太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統工程技術做(zuò)如下(xià)分(fēn)析：

01  太陽能集中供熱(rè)水(shuǐ)系統組成 太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統主要由以下(xià)四部分(fēn)組成：

1.1集熱(rè)器：主要由集熱(rè)管和(hé)聯集器組成。根據其形式、特點及使用(yòng)範圍，分(fēn)爲池式、袋式、筒式、管闆式、真空管式及熱(rè)管真空管式，其中真空管式應用(yòng)最廣泛。集熱(rè)器間可(kě)以并聯、串聯或混聯。震哥(gē)哥(gē)集熱(rè)器固定在平屋頂的(de)混凝土基礎上。

1.2 集熱(rè)水(shuǐ)箱：集熱(rè)水(shuǐ)箱是儲存熱(rè)水(shuǐ)袋額儲熱(rè)設備，以保證熱(rè)水(shuǐ)供應的(de)穩定。其要求與普通(tōng)熱(rè)水(shuǐ)箱基本相同，并根據不同地區(qū)采用(yòng)不同 的(de)保溫處理(lǐ)。集熱(rè)水(shuǐ)箱根據系統要求設置于平屋頂上。

1.3 鏈接管道：連接集熱(rè)器于集熱(rè)水(shuǐ)箱以便形成一個(gè)完整的(de)循環系統，管道布置分(fēn)爲等程式。連接管道應根據不同地區(qū)采用(yòng)不同的(de)保溫處理(lǐ)。

1.4 輔助部件：太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統的(de)輔助部件包括水(shuǐ)位計、溫控儀表閥門、過濾器、循環水(shuǐ)泵及輔助加熱(rè)器等，應根據不同情況選用(yòng)。

02  太陽能集中供熱(rè)水(shuǐ)系統原理(lǐ)

2.1自然循環

自然循環太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統是依靠集熱(rè)器和(hé)儲水(shuǐ)箱中的(de)溫差，形成系統的(de)熱(rè)虹吸壓頭，使水(shuǐ)在系統中循環；與此同時(shí)，将集熱(rè)器的(de)有用(yòng)能量收益通(tōng)過加熱(rè)水(shuǐ)，不斷儲存在儲水(shuǐ)箱内。

系統運行過程中，集熱(rè)器内的(de)水(shuǐ)受太陽能輻射能加熱(rè)，溫度升高(gāo)，密度降低，加熱(rè)後的(de)水(shuǐ)在集熱(rè)器内逐步上升，從集熱(rè)器的(de)上循環管進入儲水(shuǐ)箱的(de)上部；與此同時(shí)，儲水(shuǐ)箱底部的(de)冷(lěng)水(shuǐ)由下(xià)循環管流入集熱(rè)器的(de)底部；這(zhè)樣經過一段時(shí)間後，儲水(shuǐ)箱中的(de)水(shuǐ)形成明(míng)顯的(de)溫度分(fēn)層，上層水(shuǐ)首先達到可(kě)使用(yòng)的(de)溫度，直至整個(gè)儲水(shuǐ)箱的(de)水(shuǐ)都可(kě)以使用(yòng)。

用(yòng)熱(rè)水(shuǐ)時(shí)，有兩種取熱(rè)水(shuǐ)的(de)方法。一種是有補水(shuǐ)箱，由補水(shuǐ)箱向儲水(shuǐ)箱底部補充冷(lěng)水(shuǐ)，将儲水(shuǐ)箱上層熱(rè)水(shuǐ)頂出使用(yòng)，其水(shuǐ)位由補水(shuǐ)箱内的(de)浮球閥控制，有時(shí)稱這(zhè)種方法爲頂水(shuǐ)法；另一種是無補水(shuǐ)箱，熱(rè)水(shuǐ)依靠本身重力從儲水(shuǐ)箱底部落下(xià)使用(yòng)，有時(shí)稱這(zhè)種方法爲落水(shuǐ)法。

2.2強制循環

強制循環太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統是在集熱(rè)器和(hé)儲水(shuǐ)箱之間管路上設置水(shuǐ)泵，作爲系統中水(shuǐ)的(de)循環動力；與此同時(shí)，集熱(rè)器的(de)有用(yòng)能量收益通(tōng)過加熱(rè)水(shuǐ)，不斷儲存在儲水(shuǐ)箱内。

系統運行過程中，循環泵的(de)啓動和(hé)關閉必須要有控制，否則既浪費電能又損失熱(rè)能。通(tōng)常溫差控制較爲普及，有時(shí)還(hái)同時(shí)應用(yòng)溫差控制和(hé)光(guāng)電控制兩種。

溫差控制是利用(yòng)集熱(rè)器出口處水(shuǐ)溫和(hé)貯水(shuǐ)箱底部水(shuǐ)溫之間的(de)溫差來(lái)控制循環泵的(de)運行。

強制循環系統可(kě)适用(yòng)于大(dà)、中、小型各種規模的(de)太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統。在雙回路的(de)強制循環系統中，換熱(rè)器既可(kě)以是置于貯水(shuǐ)箱内的(de)浸沒式換熱(rè)器，也(yě)可(kě)以是置于貯水(shuǐ)箱外的(de)闆式換熱(rè)器。闆式換熱(rè)器與浸沒式換熱(rè)器相比，有許多(duō)優點：其一，闆式換熱(rè)器的(de)換熱(rè)面積大(dà)，傳熱(rè)溫差小，對(duì)系統效率影(yǐng)響少；其二，闆式換熱(rè)器設置在系統管路之中，靈活性較大(dà)，便于系統設計布置；其三，闆式換熱(rè)器已商品化(huà)、标準化(huà)，質量容易保證，可(kě)靠性好。

03  太陽能集中供熱(rè)水(shuǐ)系統應用(yòng)

3.1工程概況 

職工住宅樓建築面積3900㎡，3單元，12戶/單元，每戶設計用(yòng)熱(rè)水(shuǐ)量120L/日，設計日平均45℃熱(rè)水(shuǐ)4.4噸，采用(yòng)集中式太陽能熱(rè)水(shuǐ)系統，分(fēn)戶計量，熱(rè)水(shuǐ)箱置于各單元頂層樓梯間内，管道内熱(rè)水(shuǐ)恒溫循環，保證用(yòng)水(shuǐ)即開即熱(rè)。 

3.2系統設計要求

3.2.1太陽能集熱(rè)系統供水(shuǐ)溫度45℃，自來(lái)水(shuǐ)溫度按照(zhào)15℃考慮，太陽能集熱(rè)系統溫升ΔT=45℃-15℃ =30℃。

3.2.2集熱(rè)器面積以某地區(qū)全年日平均輻射量14550KJ/㎡·d爲計算(suàn)依據，太陽能集熱(rè)器總面積計算(suàn)公式爲

A=Q×C×(t2-t1)×p×f/J×?1×(1-?2)

式中：A—太陽能集熱(rè)器面積，m²；

Q—設計日均熱(rè)水(shuǐ)用(yòng)量，4.4t/d；

C—水(shuǐ)的(de)定壓比熱(rè)容，取4.187KJ/(kg·℃）；

t1—水(shuǐ)的(de)初始溫度，取15℃；

t2—儲水(shuǐ)箱内水(shuǐ)的(de)設計溫度，取45℃；

P—水(shuǐ)的(de)密度，取1000kg/m³；

f—太陽能保證率，取60%；

J—集熱(rè)器采光(guāng)面上的(de)平局日輻照(zhào)量，取14550KJ/m²·d；

?1—集熱(rè)器的(de)年平均集熱(rè)效率，根據廠家數據，取0.5；

?2—儲水(shuǐ)箱及管路熱(rè)損失率，取20%。

計算(suàn)得(de)所需太陽能集熱(rè)器面積爲18.99m²/單元；本工程選用(yòng)銅鋁複合系列平闆太陽能集熱(rè)器，每片有效集熱(rè)面積2.22m²，實際宮采用(yòng)11片。

3.2.3儲熱(rè)水(shuǐ)箱容積V=B2As

式中：V—儲熱(rè)水(shuǐ)箱溶劑，L；

B2—每m²集熱(rè)器所需的(de)有效儲水(shuǐ)容積，取65L/m²；

As—集熱(rè)器總面積，取24.5m²。

計算(suàn)得(de)儲熱(rè)水(shuǐ)箱容積1.593T,實際選用(yòng)容積爲1.6T的(de)儲熱(rè)水(shuǐ)箱；内膽采用(yòng)304不鏽鋼焊接，外用(yòng)50mm厚聚氨酯保溫。輔助電加熱(rè)18KW/單元，效率90%。 

3.2.4循環泵選型 

集熱(rè)系統循環泵選擇PH-101E,全揚程H=5米，最大(dà)流量Q=7.2噸，輸入功率爲100W；供水(shuǐ)系統循環泵選擇PW-101E,全揚程H=5米，最大(dà)流量Q=7.2噸，輸入功率爲100W。 

3.2.5防凍措施 

采用(yòng)管道循環防凍，爲預防冬季停電現象，在管路底部設置手動排空裝置，當停電緻防凍循環不能啓動時(shí)，打開閥門将管路中的(de)水(shuǐ)排空，達到防凍的(de)效果。 

04   結語 

住宅建築的(de)多(duō)樣化(huà)、太陽能集熱(rè)器與建築一體化(huà)技術的(de)發展水(shuǐ)平、輔助熱(rè)源的(de)選擇、各地氣象條件及能源價格差異等因素，令系統應用(yòng)形式多(duō)樣化(huà)；同時(shí)，系統設計中的(de)儲熱(rè)水(shuǐ)箱選擇、水(shuǐ)溫設定、冷(lěng)熱(rè)水(shuǐ)平衡、熱(rè)水(shuǐ)立管布置等将直接影(yǐng)響系統的(de)節能性與舒适性；不同項目應具體分(fēn)析、精心設計，方能令太陽能集中熱(rè)水(shuǐ)供應系統發揮最大(dà)效益。 交大(dà)光(guāng)谷太陽能是上海市建築節能協會推薦的(de)地産配套和(hé)酒店(diàn)節能改造項目的(de)優秀品牌，交大(dà)光(guāng)谷太陽能應用(yòng)範圍涵蓋了(le)工商業和(hé)民用(yòng)項目，如學校、醫院、工廠、機關、敬老院、遊泳館、浴場(chǎng)等。