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浅析太阳能采暖系统的基本构成
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-09-02 16:13:41

  [摘 要]太阳能采暖系统按所使用的集热器类型可分为空气集热器太阳能采暖系统和液体工质集热器太阳能采暖系统;按所使用的末端供暖系统类型可分为低温热水地板辐射太阳能供暖系统、水一空气处理设备太阳能供暖系统、散热器太阳能供暖系统和热风采暖太阳能供暖系统;按蓄热能力可分为短期蓄热太阳能采暖系统和季节蓄热太阳能采暖系统;按集热系统的运行方式可分为直接式太阳能采暖系统和间接式太阳能采暖系统,本文针对太阳能采暖系统的进本构成进行了分析和论述。 

  [关键词]太阳能采暖系统,集热器,强制循环系统 

  中图分类号:TK 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)34-0354-01 

  2 太阳能采暖系统的特点 

  太阳能采暖系统与常规能源采暖系统相比,有如下几个特点 

  (1)系统运行温度低。由于太阳能集热器的效率随运行温度升高而降低,因此应尽可能降低集热器的运行温度,即尽可能降低采暖系统的热水温度。若采用地板辐射采暖或顶棚辐射板采暖系统,则集热器的运行温度在30 度 -38度之间就可以了,所以可使用平板集热器;而若采用普通散热器采暖系统,则集热器的运行温度必须达到60度-70 度或以上,所以应使用真空管集热器。 

  (2)有储存热量的设备。照射到地面的太阳辐射能受气候和时间的支配,不仅有季节之差,一天之内也有变化,因此太阳能不是连续、稳定的能源。要满足连续采暖的需求,系统中必须有储热设备。对于液体太阳能采暖系统,储热设备可用储热水箱;对于空气太阳能采暖系统,储热设备可用岩石堆积床。 

  (3)与辅助热源配套使用。由于太阳能不能满足采暖需要的全部热量,或者在气候变化大而储存热量又很有限时,特别在阴雨雪天和夜晚几乎没有或根本没有口照,因此太阳能不能成为独立的能源。要满足各种气候条件下采暖的需求,辅助热源是不可缺少的。太阳能采暖系统的辅助热源可采用电力、燃煤、燃气、燃油和生物质能等。 

  3 太阳能集热系统 

  太阳能集热系统一般包括太阳能集热器、贮水箱及连接管线和调节控制阀门等,强制循环系统包括水泵,间接系统包括换热器,闭式系统还包括膨胀罐。太阳能集热系统设计需要根据建筑特点、用水需要和投资预算确定系统类型、规模,并合理配置选择贮水箱等系统附件,保证系统可靠、经济适用。 

  (1)太阳能集热器的安装方位和倾角 

  太阳能集热器采光面上能够接收到的太阳光照会受集热器安装方位和安装倾角的影响,根据集热器安装地点的地理位置,对应有一个可接收最多的全年太阳光照辐射热量的最佳安装方位和倾角范围,该最佳范围的方位是正南,或南偏东、偏西10度,倾角为当地纬度正负10度;当安装方位偏离正南向的角度再扩大到南偏东、偏西300时,集热器表面接收的全年太阳光照辐射热量只减少了不到5%,所以,推荐的集热器最佳安装范围是正南,或南偏东、偏西30度,倾角为当地纬度正负10度。 

  全年使用的太阳能热水系统,集热器安装倾角等于当地纬度。如系统侧重在夏季使用,其安装倾角推荐采用当地纬度减100;如系统侧重在冬季使用,其安装倾角推荐采用当地纬度加10度。 

  对于受实际条件限制不能按最佳范围安装的系统,按照规范进行面积补偿,合理增加集热器面积,并进行经济效益分析。从而放宽了对应用太阳能采暖系统建筑物朝向的限制,使建筑师的设计有了更大的灵活性,同时又能保证太阳能采暖系统设计的合理性。 

  (2)太阳能集热器的前后排间距 

  如果太阳能集热器的位置设置不当,受到前方障碍物或前排集热器的遮挡,系统的实际运行效果和经济性都会大受影响,所以,需要对放置在建筑外围护结构上太阳能集热器采光面上的日照时间做出规定。冬至日太阳高度角最低,接收太阳光照的条件最不利,规定此时集热器采光面上的日照时数不少于4h。由于冬至前后10点之前和14点之后的太阳高度角较低,系统能够接收到的太阳能热量较少,对系统全天运行的工作效果影响不大;如果增加对日照时数的要求,则安装集热器的屋面面积要加大,在很多情况下不可行,所以,取冬至日日照时间4h为最低要求。 

  集热器遮挡问题分两类,一类是集热器前方有建筑物,在某一时刻建筑物遮挡投射到集热器的阳光;另一类是平行安装的集热器阵列,前排对后排的遮挡。前一类,由于建筑物相对于集热器的方位和建筑物宽度对遮挡均有影响,很难用简单公式描述相关关系,可以利用软件进行分析。 

  (3)太阳能集热器的连接 

  集热器连接方式对太阳能系统中各个集热器的流量分配和换热均有影响。为了保证太阳能系统高效运行,系统设计须关注集热器阵列的连接组合方式。集热器的连接方式主要有三种:1)串联:一台集热器出口与另一台集热器入口相连;2)并联:一台集热器的出、入口与另一台集热器的出入口相连。3)混联:若干集热器并联,各并联集热器组之间再串联,这种混联 

  称为并串联;若干集热器串联,各串联集热器组之间再并联,这种混联称串并联。 

  并联的连接方式的系统流动阻力较小,适宜用于自然循环系统,但并联的组数不宜过多,否则会造成集热器之间流量不平衡。12片集热器组成的并联系统,在流量大时,集热器间工作温度可相差22 度,很明显会影响集热器平均效率。 

  强制循环系统,动力压头较大,可根据安装需要灵活采用并串联或串并联。集热器组并联时,各组并联的集热器数应该相同,这样有利于各组集热器流量的均衡。对于每组并联的集热器组,集热器的数量不宜超过10片,否则始末端的集热器流量过大,而中间的集热器流量很小,造成系统效率下降。 

  集热器组中集热器的连接尽可能采用并联,串联的集热器数目应尽可能少。根据工程经验,平板型集热器每排并联数目不宜超过16个;热管真空管集热器串联时,集热器的联箱总长度不宜超过20m;全玻璃真空管东西向放置的集热器,在同一斜面上多层布置时,串联的集热器的联箱总长度不宜超过6m。对于自然循环系统,每个系统全部集热器的数目不宜超过24个,大面积自然循环系统,可以分成若干子系统。 

  除集热器连接对系统运行有影响外,管路的集管布置对太阳能效率也有较大影响。系统的集管布置方式通常有两种即同程管路系统和异程管路系统。同程管路系统有利于系统流量分配均匀,保证系统高效运行,但一般会增加集管长度,增加系统阻力和投资。异程管路系统的管线长度差异较大时,应安装平衡阀等其他调节阀门进行流量调节。

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