廣州太陽(yáng)能熱水器熱水采暖節(jié)能方案
來(lái)源：原創(chuàng) 日期: 2011/1/6 點(diǎn)擊: 1694
關(guān)鍵詞:空氣能熱泵熱水器 時(shí)間表:2011.1.6 來(lái)源:cnblyq.com.cn
熱水采暖即地暖，全稱(chēng)為低溫?zé)崴匕遢椛涔┡哂懈呤孢m性、衛(wèi)生、安全、節(jié)能、有益身體健康等優(yōu)勢(shì)，早已得到人們的普遍認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于住宅、公寓、別墅、老年社區(qū)、幼兒園以及賓館大廳、游泳池等眾多場(chǎng)所，地暖正逐漸成為未來(lái)建筑采暖的趨勢(shì)。
采暖在國(guó)內(nèi)建筑用能中占據(jù)較大份額， 北方地區(qū)采暖占家庭能耗的一半以上，同時(shí)利用原煤作為采暖能源是造成冬季大氣污染的主要根源。因此，減少和替代采暖用煤最有效的途徑是推廣使用太陽(yáng)能采暖等可再生能源技術(shù)。廣州太陽(yáng)能熱水器采暖在歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家已大規(guī)模推廣，已成為廣州太陽(yáng)能熱水器熱利用新的應(yīng)用領(lǐng)域。歐洲到2005 年共安裝1536 萬(wàn)m2 廣州太陽(yáng)能熱水器[1]，采暖系統(tǒng)使用集熱器約占集熱器總量的20 %，每年新建太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)約12 萬(wàn)個(gè)，每個(gè)系統(tǒng)可節(jié)約常規(guī)能源20 %～60 %。根據(jù)國(guó)內(nèi)廣州太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，廣州太陽(yáng)能熱水器供暖必將成為繼廣州太陽(yáng)能熱水器、廣州太陽(yáng)能熱水器光電之后的第三次廣州太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用浪潮。
廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)是利用廣州太陽(yáng)能熱水器收集太陽(yáng)能并結(jié)合輔助能源滿足采暖和熱水的供熱需求的系統(tǒng)，因此常稱(chēng)為廣州太陽(yáng)能熱水器聯(lián)合系統(tǒng)( Solar Combisystem) 。
如圖1，廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成： ① 熱能提供部分，即廣州太陽(yáng)能熱水器和輔助能源；② 儲(chǔ)熱和換熱設(shè)備；③ 熱能利用部分，提供生活熱水和采暖。
圖1 太陽(yáng)能熱水/采暖聯(lián)合系統(tǒng)
廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)與廣州太陽(yáng)能熱水器相比存在以下差異： ① 采暖負(fù)荷在不同月份變化很大，熱水負(fù)荷四季差別較??；② 熱水系統(tǒng)進(jìn)水溫度較低，供水溫度較高，而采暖系統(tǒng)供回水溫差較??；③ 廣州太陽(yáng)能熱水器與采暖負(fù)荷存在明顯矛盾： 廣州太陽(yáng)能熱水器輻照強(qiáng)度高的月份( 3～10月) 不需要采暖，太陽(yáng)輻照強(qiáng)度高的白天采暖負(fù)荷較夜晚低。由于廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)存在以上差異，因此在采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不能簡(jiǎn)單把熱水系統(tǒng)放大，必須考慮以下幾個(gè)方面： ① 輔助能源；② 廣州太陽(yáng)能熱水器保證率；③ 系統(tǒng)的防凍問(wèn)題；④ 系統(tǒng)的過(guò)熱問(wèn)題；⑤ 換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，尤其需注意系統(tǒng)的過(guò)熱問(wèn)題和換熱水箱的設(shè)計(jì)。
1.1 廣州太陽(yáng)能熱水器輔助能源
廣州太陽(yáng)能熱水器輻照強(qiáng)度隨著時(shí)間、季節(jié)和天氣是顯著變化的，大部分的廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)需配備輔助能源系統(tǒng)，當(dāng)陰天、夜晚等廣州太陽(yáng)能熱水器滿足不了采暖需求時(shí)，由輔助能源系統(tǒng)提供全部或部分熱能。
輔助能源系統(tǒng)有： ① 燃煤鍋爐；② 燃油或氣鍋爐；③ 電鍋爐；④ 生物質(zhì)鍋爐；⑤熱泵熱水機(jī)等。以上輔助能源按出力調(diào)控方式不同分兩類(lèi)： 一類(lèi)是可及時(shí)控制的能源，如燃油或燃?xì)忮仩t、電鍋爐和帶燃燒器的生物質(zhì)鍋爐；另一類(lèi)是非及時(shí)控制的能源，如燃煤鍋爐和燒劈柴鍋爐、熱泵熱水機(jī)等。在采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于非及時(shí)控制的輔助能源，可以利用容量較大水箱進(jìn)行儲(chǔ)熱緩沖，保證采暖系統(tǒng)進(jìn)水溫度波動(dòng)較小，提高采暖的舒適度和便于對(duì)水泵和控制閥等部件的控制。
1.2 廣州太陽(yáng)能熱水器保證率
廣州太陽(yáng)能熱水器保證率是指廣州太陽(yáng)能熱水器提供的能源占系統(tǒng)熱水和采暖所需總熱量的比例。對(duì)于廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)，其保證率一般在20 %～60 %，國(guó)外也有一些系統(tǒng)采用季節(jié)性儲(chǔ)熱辦法達(dá)到很高的廣州太陽(yáng)能熱水器保證率，甚至實(shí)現(xiàn)熱水和采暖所需的熱量全部由廣州太陽(yáng)能熱水器提供，但從系統(tǒng)投資回報(bào)來(lái)說(shuō)，廣州太陽(yáng)能熱水器保證率在30 %～50 %比較好。對(duì)于廣州太陽(yáng)能熱水器保證率較高的系統(tǒng)，必須考慮儲(chǔ)熱問(wèn)題，但季節(jié)性儲(chǔ)熱會(huì)大大增加初投資。
1.3 廣州太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)的防凍問(wèn)題
廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)是一個(gè)四季運(yùn)行的系統(tǒng)，系統(tǒng)須考慮冬季的防凍問(wèn)題，采取的方案有： ① 集熱器回路傳熱工質(zhì)采用防凍液；② 落水式排空防凍系統(tǒng)；③ 夜晚利用儲(chǔ)熱水箱中熱水回流集熱器防凍；④ 敷設(shè)電熱帶防凍。
1.4 廣州太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)的過(guò)熱問(wèn)題
采暖系統(tǒng)集熱器面積較大，非采暖季節(jié)會(huì)出現(xiàn)廣州太陽(yáng)能熱水器得熱量遠(yuǎn)大于供應(yīng)熱水所需要熱量，因此會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成系統(tǒng)溫度高于系統(tǒng)部件工作允許溫度，導(dǎo)致部件壽命縮短和連接件漏水，甚至?xí)a(chǎn)生安全問(wèn)題。解決系統(tǒng)過(guò)熱的措施有： ① 集熱器排空；② 集熱器悶曬運(yùn)行；③ 設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)在安全溫度下運(yùn)行。
1.5 采暖系統(tǒng)的儲(chǔ)熱水箱
廣州太陽(yáng)能熱水器集熱系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)對(duì)工作溫度要求是不同的： 廣州太陽(yáng)能熱水器集熱系統(tǒng)的工作溫度越低，熱效率越高，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量降低太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)工作溫度，太陽(yáng)能采暖適宜采用低溫地板采暖系統(tǒng)，供水溫度在40 ℃左右；生活熱水供水溫度為50 ℃～60 ℃。為實(shí)現(xiàn)不同的供水溫度要求，廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)一般采用垂直分層水箱。垂直分層水箱工作原理是利用水在不同溫度下的密度差，實(shí)現(xiàn)同一水箱可以產(chǎn)生不同的溫度分區(qū)，即低溫的水位于水箱底部，高溫的水位于水箱上部時(shí)，并可以相互不摻混。分層水箱下部布置與廣州太陽(yáng)能熱水器集熱器相連的換熱器；中部水溫適合于采暖，與采暖系統(tǒng)相連；上部水溫最高，布置生活熱水的換熱器。
1.6 廣州太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)換熱設(shè)計(jì)
廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)之間換熱利用換熱器實(shí)現(xiàn)，換熱器種類(lèi)有： ① 盤(pán)管式換熱器；② 套筒式水箱壁面換熱；③ 板式換熱器。盤(pán)管式換熱器是廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)使用最廣泛的換熱方式，目前使用的材料有銅管、不銹鋼波紋管和耐高溫塑料管，為提高換熱能力，很多廠家使用外翅片管；套筒式水箱是把生活熱水水箱放置在儲(chǔ)熱水箱中，利用內(nèi)置生活水箱的壁面進(jìn)行換熱；外接板式換熱器一般適合集熱器面積較大的系統(tǒng)，換熱器兩側(cè)的工質(zhì)采用強(qiáng)制循環(huán)，優(yōu)點(diǎn)是換熱能力不受換熱水箱大小的制約，換熱溫差較小。
1.7 廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)的控制
采暖系統(tǒng)的控制主要是根據(jù)系統(tǒng)各部分的溫度控制水泵和閥門(mén)。例如： ① 集熱器回路控制： 當(dāng)集熱器出水溫度高于儲(chǔ)熱水箱的換熱器處水溫時(shí)，開(kāi)啟集熱器系統(tǒng)循環(huán)水泵，否則關(guān)閉；② 防凍控制： 當(dāng)集熱器進(jìn)水溫度低于設(shè)定溫度( 如4 ℃) ，開(kāi)啟水泵進(jìn)行溫循環(huán)防凍或排空系統(tǒng)工質(zhì)；③ 防過(guò)熱控制： 當(dāng)儲(chǔ)熱水箱溫度高于設(shè)定溫度( 如75 ℃) ，關(guān)閉集熱器系統(tǒng)循環(huán)水泵使集熱器系統(tǒng)進(jìn)入悶曬運(yùn)行或啟用其他防過(guò)熱措施。
1.8 廣州太陽(yáng)能熱水器集熱器的選擇
國(guó)外的廣州太陽(yáng)能熱水器采暖系統(tǒng)主要采用廣州太陽(yáng)能熱水器平板型集熱器，并且其應(yīng)用還在不斷發(fā)展壯大，廣州太陽(yáng)能熱水器平板太陽(yáng)能集熱器在國(guó)外能獲得快速的發(fā)展和應(yīng)用，究其原因主要有下面幾點(diǎn)：
(1) 廣州太陽(yáng)能熱水器平板太陽(yáng)能集熱器能承壓、壽命長(zhǎng)、容易組成二次回路系統(tǒng)。國(guó)外的廣州太陽(yáng)能熱水器基本上都是雙回路承壓型分體結(jié)構(gòu)。廣州太陽(yáng)能熱水器若制成承壓分體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品后,其成本將顯著高于平板型產(chǎn)品。相對(duì)而言廣州太陽(yáng)能熱水器平板太陽(yáng)能熱水器將更受用戶歡迎。
(2) 平板太陽(yáng)能集熱器容易與建筑結(jié)合，安裝后能保持建筑的美觀。建筑設(shè)計(jì)師容易接受以平板型太陽(yáng)能集熱器與建筑結(jié)合的一體化方案。
(3) 平板型太陽(yáng)能集熱器多以銅鋁等金屬材料為主,其產(chǎn)品材料回收利用率高。
(4) 產(chǎn)品熱性能好。國(guó)外平板型太陽(yáng)能集熱器已研發(fā)多年,其產(chǎn)品熱性能已接近或等同真空管太陽(yáng)能集熱器。
(5) 平板型太陽(yáng)能集熱器和熱水系統(tǒng)安全可靠,有效采光面積大，熱效率高。國(guó)外平板式太陽(yáng)能熱水工程主要用于熱水和采暖。可靠是必要的條件。此外,在同等輸出功率條件下，平板太陽(yáng)能集熱器占地面積小(真空管之間有空隙占地面積較大)。
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