太阳能热水系统

  太阳能热水系统是利用太阳能集热器,收集太阳辐射能把水加热的一种装置,是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。 太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为:自然循环式太阳能热水器、强制循环式太阳能热水系统、储置式太阳能热水器等三种。

  使用目的

  1.环保效益——相对于使用化石燃料制造热水,能减少对环境的污染及温室气体-二氧化碳的产生。
  2.节省能源——太阳能是属于每个人的能源,只要有场地与设备,任何人都可免费使用它。
  3.安全——不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危险,或使用燃料油锅炉有爆炸的顾虑,或使用电力会有漏电的可能。
  4.不占空间——不需专人操作自动运转。另外,太阳能集热器装在屋顶上,不会占用任何室内空间。
  5.具经济效益——正常的太阳能热水器是不易损坏,寿命至少在十年以上,甚至有到二十年的,因为基本热源为免费的太阳能,所以使用它十分符合经济成本效益。

  系统组成

  集热器
  系统中的集热元件,其功能相当于电热水器中的电加热管。和电热水器、燃气热水器不同的是,太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量,故而加热时间只能在有太阳照射的白昼,所以有时需要辅助加热,如锅炉、电加热等。
  保温水箱
  和电热水器的保温水箱一样,是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作,而人们一般在晚上才使用热水,所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用搪瓷内胆承压保温水箱,保温效果好,耐腐蚀,水质清洁,使用寿命可长达20年以上。
  连接管路
  将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的通道,使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温防冻处理。管道必须有很高的质量,保证有20年以上的使用寿命。
  控制中心
  太阳能热水系统与普通太阳能热水器的区别就是控制中心。作为一个系统,控制中心负责整个系统的监控、运行、调节等功能,的技术已经可以通过互联网远程控制系统的正常运行。
  太阳能热水系统控制中心主要由电脑软件及变电箱、循环泵组成。
  热交换器
  板壳式全焊接换热器吸取了可拆板式换热器高效、紧凑的优点,弥补了管壳式换热器换热效率低、占地大等缺点。板壳式换热器传热板片呈波状椭圆形,圆形板片增加热长,大大提高传热性能。广泛用于高温、高压条件的换热工况。

  防冻

  太阳能热水系统中的集热器及其置于室外的管路,在严冬季节常常因积存在其中的水结冰膨胀而胀裂损坏,尤其是高纬度寒冷地区,因此必须从技术上考虑太阳能热水系统的“越冬”防冻措施。常用的太阳能热水系统防冻措施大致有以下几种。
  集热器
  集热器是太阳能热水系统中必须暴露在室外的重要部件,如果直接选用具有防冻功能的集热器,就可以避免对集热器在严冬季节冻坏的担忧。
  热管式真空管集热器以及内插管的全玻璃真空管集热器都属于具有防冻功能的集热器,因为被加热的水都不直接进入真空管内,真空管的玻璃罩管不接触水,再加上热管本身的工质容量又很少,所以即使在零下几十摄氏度的环境温度下真空管也不冻坏。
  另一种具有防冻功能的集热器是热管平板集热器,它跟普通平板集热器的不同之处在于,吸热板的排管位置上用热管代替,以低沸点、低凝固点介质作为热管的工质,因而吸热板也不会冻坏,不过由于热管平板集热器的技术经济性能不及上述真空管集热器,应用尚不普遍。
  双循环
  双循环系统(或称双回路系统)就是在太阳能热水系统中设置换热器,集热器与换热器的热侧组成第一循环(或称第一回路),并使用低凝固点的防冻液作传热工质,从而实现系统的防冻。双循环系统在自然循环和强制循环两类太阳能热水系统中都可以使用。
  在自然循环系统中,尽管第一回路使用了防冻液,但由于贮水箱置于室外,系统的补冷水箱与供热水管也部分敷设在室外,在严寒的冬夜,这些室外管路虽有保温措施,但仍不能保证避免管中的水不结冰。因此,在系统设计时需要考虑采取某种设施,在用毕后使管路中的热水排空。例如采用虹吸式取热水管,兼作补冷水管,在其顶部设通大气阀,控制其开闭,实现该管路的排空。
  回流系统
  在强制循环的单回路系统中,一般采用温差控制循环水泵的运转,贮水箱通常置于室内(底层或地下室)。冬季白天,在有足够的太阳辐照时,温差控制器开启循环水泵,集热器可以正常运行;夜晚或阴天,在太阳辐照不足时,温差控制器关闭循环水泵,这时集热器和管路中的水由于重力作用全部回流到贮水箱中,避免因集热器和管路中的水结冰而损坏;次日白天或太阳辐照再次足够时,温差控制器再次开启循环水泵,将贮水箱内的水重新泵入偏执器中,系统可以继续运行。这种防冻系统简单可靠,不需增设其他设备,但系统中的循环水泵要有较高的扬程。
  近几年,国外开始将回流防冻措施应用于双回路系统,其第一回路不使用防冻液而仍使用水作为集热器的传热介质。当夜晚或阴天太阳辐照不足时,循环水泵自动关闭,集热器中的水通过虹作用流入专门设置的小贮水箱中,待次日白天或太阳辐照再次足够时,重新泵入集热器,使系统继续运行。
  排放系统
  在自然循环或强制循环的单回路系统中,在集热器吸热体的下部或室外环境温度最低处的管路上埋设温度敏感元件,接至控制器。当集热器内或室外管路中的水温接近冻结温度(3~4℃)时,控制器将根据温度敏感元件传送的信号,开启排放阀和通大气阀,集热器和室外管路中的水由于重力作用排放到系统外,不再重新使用,从而达到防冻的目的。
  自动循环
  在强制循环的单回路系统中,在集热器吸热体的下部或室外环境温度最低处的管路上埋置温度敏感元件,接至控制器。当集热器内或室外管路中的水温接近冻结温度(如3~4℃)时,控制器打开电源,启动循环水泵,将贮水箱内的热水送往集热器,使集热器和管路中的水温升高。当集热器或管路中的水温升高到某设定值(或当水泵运转某设定时段)时,控制器关断电源,循环水泵停止工作。这种防冻方法由于要消耗一定的动力以驱动循环水泵,因而适用于偶尔发生冰冻的非严寒地区。
  自限式
  在自然循环或强制循环的单回路系统中,将室外管路中最易结冰的部分敷设自限式电热带。它是利用一个热敏电阻设置在电热带附近并接到电热带的电路中。当电热带通电后,在加热管路中水的同时也使热敏电阻的温度升高,随之热敏电阻的电阻增加;当热敏电阻的电阻增加到某个数值时,电路中断,电热带停止通电,温度逐步下降。这样无数次重复,既保证室外管路中的水不结冰,又防止电热带温度过高造成危险。这种防冻方法也要消耗一定的电能,但对于十分寒冷的地区还是行之有效的。