太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能集熱器采集太陽(yáng)熱量,在陽(yáng)光的照射下使太陽(yáng)的光能充分轉(zhuǎn)化為熱能,通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制循環(huán)泵或電磁閥等功能部件將系統(tǒng)采集到的熱量傳輸?shù)酱笮蛢?chǔ)水保溫水箱中,在匹配當(dāng)量的電力、燃?xì)?、燃油等能源,把?chǔ)水保溫水箱中的水加熱并成為比較穩(wěn)定的定量能源設(shè)備。該系統(tǒng)既可提供生產(chǎn)和生活用熱水,又可作為其他太陽(yáng)能利用形式的冷熱源[1] ,是太陽(yáng)熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品自然循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是依靠集熱器和儲(chǔ)水箱中的溫差,形成系統(tǒng)的熱虹吸壓頭,使水在系統(tǒng)中循環(huán);與此同時(shí),將集熱器的有用能量收益通過(guò)加熱水,不斷儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱內(nèi)。
系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,集熱器內(nèi)的水受太陽(yáng)能輻射能加熱,溫度升高,密度降低,加熱后的水在集熱器內(nèi)逐步上升,從集熱器的上循環(huán)管進(jìn)入儲(chǔ)水箱的上部;與此同時(shí),儲(chǔ)水箱底部的冷水由下循環(huán)管流入集熱器的底部;這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,儲(chǔ)水箱中的水形成明顯的溫度分層,上層水首先達(dá)到可使用的溫度,直至整個(gè)儲(chǔ)水箱的水都可以使用。
用熱水時(shí),有兩種取熱水的方法。一種是有補(bǔ)水箱,由補(bǔ)水箱向儲(chǔ)水箱底部補(bǔ)充冷水,將儲(chǔ)水箱上層熱水頂出使用,其水位由補(bǔ)水箱內(nèi)的浮球閥控制,有時(shí)稱這種方法為頂水法;另一種是無(wú)補(bǔ)水箱,熱水依靠本身重力從儲(chǔ)水箱底部落下使用,有時(shí)稱這種方法為落水法。
強(qiáng)制循環(huán)
強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是在集熱器和儲(chǔ)水箱之間管路上設(shè)置水泵,作為系統(tǒng)中水的循環(huán)動(dòng)力;與此同時(shí),集熱器的有用能量收益通過(guò)加熱水,不斷儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱內(nèi)。
系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,循環(huán)泵的啟動(dòng)和關(guān)閉必須要有控制,否則既浪費(fèi)電能又損失熱能。通常溫差控制較為普及,有時(shí)還同時(shí)應(yīng)用溫差控制和光電控制兩種。
強(qiáng)制循環(huán)單水箱直接式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)原理圖
溫差控制是利用集熱器出口處水溫和貯水箱底部水溫之間的溫差來(lái)控制循環(huán)泵的運(yùn)行。
早晨日出后,集熱器內(nèi)的水受太陽(yáng)輻射能加熱,溫度逐步升高,一旦集熱器出口處溫和貯水箱底部水溫之間的溫差達(dá)到設(shè)定值(一般8~10℃)時(shí),溫差控制器給出信號(hào),啟動(dòng)循環(huán)泵,系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行;遇到云遮日或下午日落前,太陽(yáng)輻照度降低,集熱器溫度逐步下降,一旦集熱器出口處水溫和貯水箱底部水溫之間的溫差達(dá)到另一設(shè)定值(一般3~4℃)時(shí),溫差控制器給出信號(hào),關(guān)閉循環(huán)泵,系統(tǒng)停止運(yùn)行。
用熱水時(shí),同樣有兩種取熱水的方法:頂水法和落水法。
頂水法是向貯水箱底部補(bǔ)充冷水(自來(lái)水),將貯水箱上層熱水頂出使用;落水法是依靠熱水本身重力從貯水箱底部落下使用。在強(qiáng)制循環(huán)條件下,由于貯水箱內(nèi)的水得到充分的混合,不出現(xiàn)明顯的溫度分層,所以頂水法和落水法都一開(kāi)始就可以取到熱水。頂水法與落水法相比,其優(yōu)點(diǎn)是熱水在壓力下的噴淋可提高使用者的舒適度,而且不必考慮向貯水箱補(bǔ)水的問(wèn)題;缺點(diǎn)也是從貯水箱底部進(jìn)入的冷水會(huì)與貯水箱內(nèi)的熱水摻混。落水法的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有冷熱水的摻混,但缺點(diǎn)是熱水靠重力落下而影響使用者的舒適度,而且必須每天考慮向貯水箱補(bǔ)水的問(wèn)題。
在雙回路的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)中,
換熱器既可以是置于貯水箱內(nèi)的浸沒(méi)式換熱器,也可以是置于貯水箱外的板式換熱器。板式換熱器與浸沒(méi)式換熱器相比,有許多優(yōu)點(diǎn):其一,板式換熱器的換熱面積大,傳熱溫差小,對(duì)系統(tǒng)效率影響少;其二,
板式換熱器設(shè)置在系統(tǒng)管路之中,靈活性較大,便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置;其三,板式換熱器已商品化、標(biāo)準(zhǔn)化,質(zhì)量容易保證,可靠性好。
強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)可適用于大、中、小型各種規(guī)模的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。
直流式
直流式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是使水一次通過(guò)集熱器就被加熱到所需的溫度,被加熱的熱水陸續(xù)進(jìn)入貯水箱中。
系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,為了得到溫度符合用戶要求的熱水,通常采用定溫放水的方法。集熱器進(jìn)口管與自來(lái)水管連接。集熱器內(nèi)的水受太陽(yáng)輻射能加熱后,溫度逐步升高。在集熱器出口處安裝測(cè)溫元件,通過(guò)溫度控制器,控制安裝在集熱器進(jìn)口管理上電動(dòng)閥的開(kāi)度,根據(jù)集熱器出口溫度來(lái)調(diào)節(jié)集熱器進(jìn)口水流量,使出口水溫始終保持恒定。這種系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性取決于變流量電動(dòng)閥和控制器的工作質(zhì)量。
有些系統(tǒng)為了避免對(duì)電動(dòng)閥和控制器提出苛刻的要求,將電動(dòng)閥安裝在集熱器出口處,而且電動(dòng)閥只有開(kāi)啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)。當(dāng)集熱器出口溫度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí),通過(guò)溫度控制器,開(kāi)啟電動(dòng)閥,熱水從集熱器出口注入貯水箱,與此同時(shí)冷水(自來(lái)水)補(bǔ)充進(jìn)入集熱器,直至集熱器出口溫度低于設(shè)定值時(shí),關(guān)閉電動(dòng)閥,然后重復(fù)上述過(guò)程。這種定溫放水的方法雖然比較簡(jiǎn)單,但由于電動(dòng)閥關(guān)閉有滯后現(xiàn)象,所以得到的熱水溫度會(huì)比設(shè)定值低一些。
直流式系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn):其一,與強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)相比,不需要設(shè)置水泵;其二,與自然循環(huán)系統(tǒng)相比,貯水箱可以放在室內(nèi);其三,與循環(huán)系統(tǒng)相比,每天較早地得到可用熱水,而且只要有一段見(jiàn)晴時(shí)刻,就可以得到一定量的可用熱水;其四,容易實(shí)現(xiàn)冬季夜間系統(tǒng)排空防凍的設(shè)計(jì)。直流式系統(tǒng)的缺點(diǎn)是要求性能可靠的變流量電動(dòng)閥和控制器,使系統(tǒng)復(fù)雜,投資增大。
直流式系統(tǒng)主要適用于大型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)