太阳能热水系统.ppt

1、第6章 太阳能热水系统,太阳能热水器通常是由集热器、储热水箱、循环管路、 阀门及其控制元件等主要元部件所组成。根据需要还可以 加配辅助能源（如电热器），以供没有日照时使用。若系 统采用强迫循环，还得有水泵等配置部件。太阳能热水器 是太阳能热利用中用得最多、最广泛的装置。,太阳能热水器不仅可提供生活和生产用的热水，还可作为暖 房、干燥、蒸馏，甚至制冷及热机的热源。,太阳热水器的存储热水的量在0.6t以下为家用太阳热水器，0.6t以上则为太阳热水系统或太阳热水工程。,1891年美国马兰里州的肯普发明第一台太阳能热水器。,我国自从1958年研制出第一台热水器后，经过四十多年的努力，我国太能热水器产销

2、量均占世界首位。,根据集热温度和结构：低温集热（+（10-20）；中温集热（+（20-40）；中高温集热（+（40-70）；高温集热（+（70-120）,（-室外温度）。,太阳能热水器的分类多种多样，不必拘泥于一种形式,太阳热水器由集热器、储热水箱、循环水泵、管道、支架、控制系统及 相关部件等组成。,集热器与储水箱结合方式：一体的为闷晒热水器；紧密结合为整体热水器；分离的为分离热水器。,根据集热工质循环特点：自然循环热水器；强迫循环热水器；直流热水器。,根据工质循环次数：一次循环热水器（单回路循环）；二次循环热水器（双回路循环）。,根据集热器的材料：金属；玻璃；塑料,根据热水使用时间：季节性、

3、全年性、全天候热水器,6.1 太阳能热水器的种类,太阳能热水器有非循环和循环型两大类。,一、非循环型热水器,1.开放型 在木箱内壁上贴黑塑料布或涂黑色涂料以吸收太阳辐射，并防止漏水，箱 中装水，盖上玻璃后即成。它的尺寸约90cm180cm（面积约2m2），水深10 -18cm，每日约可加热200kg水，早上加满水，下午取用。此种热水器主要优 点是价廉，但箱中常有杂物或藻类，需经常洗刷。 2.薄膜型热水器 它与开放型热水器类似，可完全用塑料制成，或用木料做框，上覆透明塑 料。它长约2m，宽约1.2米，深10cm，上有通气孔。日本一家公司年产10万台 这种热水器以供农村使用。使用寿命2-3年，易漏

4、水，效率低，但价格便宜， 冬天最高水温达35-45，夏天可达60。,3.密闭型 密闭型热水器是将水加在金属（铜、不锈钢、铝、铁）或非金属 （塑料、玻璃）圆形或波形管内接受太阳辐射，水在其中并不流动， 管本身兼做储水装置使用。它通常由直径0.1-0.15m，长1.8m，管壁 厚度1.2-1.6mm的6-8根管子组成，涂黑后放在带玻璃面盖的箱体内， 箱体与地面倾斜成某角度。大多数装水容量约180kg左右。 此外，有一种利用直径0.34m，长2m铁管（厚1mm）装水约180kg，管内涂环氧树脂以防腐蚀，放在0.8mm厚表面贴铝箔的反射器上，太阳辐射经反射面反射到加热管表面将水加热。,非循环型热水器的

5、突出优点是价格低廉，但由于水不流动，效率较低。这类 热水器很受日本农民欢迎。,闷晒式热水器：特点是水在集热器中不流动，闷在其中受热升温，故称闷晒式。这种热水器结构十分简单，当集热器中的水温升高到一定值时即可放水使用。,二、循环型热水器,1.自然循环式,这种型式的热水器，其储水箱置于集热器上方。水在集热器中由于太阳辐射 而被加热，温度上升，形成集热器及储水箱中水温不同。由于密度差而引起浮 升力，产生热虹吸现象，使水在储水箱及集热器中作自然流动。由于密度差的 关系，水流量与集热器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护 甚为简单，故已被广泛采用。,自然循环热水器除了上面介绍的特点外，还存在

6、一些缺点。,（1）储箱一般都高于集热器。如果集热器安装在用户的屋顶上，则 储箱也必须在屋顶上露天放置。这就要求储箱有很好的保温性能，以 防热量散失。即使在保温以后，由于储箱的周边面积很大，当室外温 度很低或风速较高时，散热量仍相当可观。,（2）储箱一般较重，以10m2集热器配置1m3的储箱计算，一个几十平方米的 集热器，其储箱就有好几顿重。如果热水装置安装在屋顶上，由于储箱与集 热器均具有相当的重量，这就要求屋顶上有足够的荷重能力。,（3）水在集热器中受热后进入储箱顶部。由于箱顶的热水与箱下部的冷水之 间存在温差，通过掺混与导热，不可避免地有热量要传给箱下部的冷水，结 果使热水温度降低，推迟了

7、用水时间。,为了克服上述缺点，提出了另一布置方式。冷水由补给水箱流入集热器， 在集热器升温后立即流入储水箱，因而并不形成循环。仿照直流式锅炉的 名称，称为直流式热水系统。,2.自然循环定温放水系统,这类热水器由容积小的循环水箱与集热器组成循环回路。当水箱上部水温升 高到预定界限时，置于水箱的电接点温度计发出讯号，通过继电器打开出水管 上的电磁阀，将热水存于储水箱内。同时循环水箱内有冷水补入，当水温低于 规定界限时，电磁阀关闭。这样周而复始地向储水箱中输送恒定温度的热水供 使用。,该系统的优点是：位于集热器上部的热水箱只具有循环的功能， 而让安放在较低位置的储水箱去储存热水。这样，容易使水温提高

8、 到所要求的温度，因而能充分利用日照较强阶段的太阳辐射来增加 热水产量，这就意味着提高了系统的热效率。缺点是：系统中增加 了电磁阀，工作可靠性不如自然循环，而且还增加了一个循环水箱。,采用定温放水及小的循环水箱加快了热水的循环，提高了热效率，并可多产热水。另一方面用水又需要一定压头，使蓄水箱的位置高低受到很大限制，也限制了该热水系统的使用。,3.直流式系统,这种系统为开式、一次流动系统。冷水（自来水）直接进入集热器， 其流量由装在集热器出口处的电接点温度计通过控制器操作水泵或电 磁阀来控制，以维持出口热水的温度在所需界限内，根据集热器水温 要求来调节流量，使出口水温始终保持一定。这种系统具有自

9、然循环定温放水 系统的优点，同时还去掉了一个循环水箱，是屋顶楼面负荷大为减轻。直流式 系统是我国科学家首先开创研究的，在国际上有较大影响。,热虹吸型直流式热水系统的补给水位由浮球阀控制，使之与集热器出口热水管（上升管）的最高位置一致。,直流式和自然循环式相比，具有明显的优点。,（1）储箱可以低于集热器，不需要把储箱放置在屋顶上。屋顶上仅 需安装一个由浮球阀控制的补给水箱（它实际相当于一个抽水马桶水 箱），大大减轻了屋顶的承载重量。,（2）储箱可以安装在室内，减少了水箱对外界的热损失，对储箱保温的要求 也可相应降低。,（3）通过控制流量可控制集热器出口的水温。由于不存在与冷水掺混的问题， 进入储

10、箱的热水一般已可使用，能比自然循环式更早供应热水。对连续用水 （一天中随时取用热水）的情况而言，这种系统更有意义。不仅如此，对直流 式来说，较差的天气条件（例如全天多云或上午晴天下午转阴），只会影响所 得热水的数量，不会影响热水的水温。而在同样差的天气条件下，自然循环式 储箱中的热水却可能因为水温过低而失去使用价值。,（4）对于连续用水，储箱的容积可大大减小，因而节省了钢材和投资费用。,4.强迫循环式,这种热水器利用水泵使水在集热器与储水箱之间循环。当集热器顶 端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置启动水泵使水流动。 水泵入口处装有止回阀，以防止夜间水由集热器逆流，引起热损失。 这种型式热

11、水器的流量已知（由水泵流量定），容易预测性能。加热水量一定 时，在同样设计条件下，较自然循环式可得到较高温度的水，但是必须采用水 泵。这样就会存在水泵电耗、维护（如漏水等）以及控制装置失灵等问题。因 此，除大型热水器或需要较高水温时采用强迫循环外，大多都采用自然循环或 直流式热水器。,大型太阳能热水系统,泵浦循环,与电热或瓦斯或燃油锅炉搭配,宿舍一樓,宿舍二樓,宿舍三樓,由于太阳光照射到地面的强度，受昼夜、阴晴、季节的影响，因 此获取的太阳能源是不稳定、不连续的，为了保证全天候24小时供 应热水的需求，采用太阳能供热系统时还应增设辅助能源（电热锅 炉、燃气锅炉、城市集中供热源）。,太阳能集中供

12、热系统=太阳能+辅助能源+电脑智能控制,太阳能集热器 收集太阳光热转变成热水；目前常用的是真空玻 璃管，其根数多少取决于产生热水的温度的高低和日产热水的多少。 循环水箱 与太阳能集热器相连接，利用循环水泵将水在太阳能 集热器中不断循环加热，当水温达到设定温度后放出到保温贮水箱 中；循环水箱有水位探测、排气和自动补水装置； 保温贮水箱 与循环水箱、辅助能源和用户热水管网相连接，将循环水箱送来的热水保温贮存并由用户循环水泵向热水管网提供热水； 辅助能源 当从太阳能集热器获得的热水温度不能满足需求时，利用辅助能源对从太阳能集热器获得的热水进一步加热，以满足需求；辅助能源可以是气源热泵、燃气锅炉、燃油

13、锅炉、电锅炉等； 智能控制 这里的控制有三层含意：一是根据热水设定的温度和需要量，自动控制太阳能集热器与循环水箱中的水处于循环状态，由于不断吸收太阳光热能，使水温逐渐升高；二是自动调整用户供水管网压力，实现向用户系统提供恒压供水；三是当热水温度不能满是要求时，自动启动辅助能源将热水进一步加热；,太阳能集中供热的特点：,安全可靠：太阳能集中供热系统，以太阳能为主要能源，辅以其 他能源，稳定性好，自动化程度高，具有多重保护功能； 环保节能：以太阳能作为主要能源，无公害、无污染，按每m2每 天产生100kg50 的热水折算，每年可节约750公斤标准煤； 方便实用：太阳能供热系统，实现自动补水、自动辅

14、助加热、自动循环，一经程序设定，自动运行可无人值守。 适应性强：根据不同区域、不同建筑、不同用户需求“ 量身定制”，不但适用于宾馆酒店、住宅小区、医院、学校、游泳馆、沐浴中心以及工矿企业等一切需要提供热水的场所。 使用寿命长， 运行、维护费用低：太阳能集热器使用寿命长达15年以上；运行安全可靠、自动化程度高，可实现无人值守全智能控制。,太阳能热水系统运行费用分析,太阳能集中供热系统与电锅炉、燃油炉、天然气锅炉的运行费用， 作如下粗略估算：,水的定压比热容，单位kJ/(kg) 。应取4.186kJ/(kg )=1kcal/(kg ) 电的热值：860 kcal/kwh；设备热效率：90%； 单价

15、：1.00 元kwh； 柴油热值：10200 kcal/kg；设备热效率：80 %；单价：4.5 元kg； 天然气热值：8500 kcal/m3；设备热效率：85%；单价：2.3 元m3；,热负荷计算式：,式中： Q 平均小时热负荷，kcal； L 每天用水量，L/d； Tr 热水温度，；55-70，取60； T1 冷水计算温度，；5-15，取15； C 水的定压比热容，4.186kJ(kg)； 水的密度，取1000kgm3。,每用10的冷水，产生一吨60热水耗能50000kcal； 用电锅炉时，耗电：64.6kwh，费用：64.6元； 用柴油锅炉时，耗柴油：6.13kg，费用：27.6元；

16、用天燃气锅炉时，耗天然气：6.92m3，费用：15.9元； 由以上分析可见，用太阳能热水供应系统，其社会效益和经济效益十分明显，以300m2太阳能集热器日产60热水20吨为例，每年按太阳可直接利用300天，产生60热水6000吨，其投资约30万元， 若用天然气锅炉，每年耗气41522.5m3，9.5502万元； 若用电热锅炉，每年耗电387600kwh，38.76万元； 一般在2-3年可全部收回投资，以寿命10年计算，可获得7-8年的净收益。,由上式可见：,6.2 集热器串装后的性能计算,将多块集热器以并联或串联或并、串联组合等方式连成 系统。两块集热器串联后的热性能，一般与单块集热器在 试验

17、台上测得的性能不同。这里有两种情况：一是串入的 集热器性能本来就不同；二是两块相同集热器串在一起，若串后 流速与单块的一样，则单位面积上的质量流率将会减少一半，引 起FR变小、性能降低。因此有必要分析集热器串联后的组合性能。,按最一般情况分析，两块集热器在尺寸大小和性能上全不相同，串联后的有用 能输出为：,式中 Ti 流体进口温度； To,1第二块集热器的流体进口温度，等于第一块集热器的出口温度，即：,注意，热迁移因子FR与质量流率有关，因此每块集热器的FR()和 FRUL值必须与组合后的实际质量流率相对应。将以上两式组合，消 去To,1后，得有用能输出为：,式中,上式表明，组合后的有效输出与

18、具有如下特性的单块集热器相同：,若串入集热器的数目大于或等于3，可按上述方法求得前两块的组合 性能再和第三块组合，以此类推可求得几块集热器串联组合时的性能。,若两块集热器性能完全相同，则上式变为：,若串联N块相同的集热器，则有,6.3 热管真空管太阳能热水系统,在实际工程应用中，真空热管集热器可根据气候条件、 系统用途和用户要求，组成不同的热水系统。 为了储存集热器所排放的热水，直流式热水系统设置储热罐，并采用温控器控制。间接式热水系统配备膨胀箱(正常使用压力不超过0.586MPa)和减压阀，对集热系统进行过压保护。尽管真空管和热管具有防冻功能，但在环境温度较低时，联集管及配管会被冻坏，须做防

19、冻保护。在实际工程中。可采用排空法防冻；也可采用具有防冻定温循环功能的温控系统进行定温强迫循环防冻；在间接封闭式热水系统中，也可添加乙二醇等防冻剂作防冻保护。同时，应为循环泵配备直流电源，以防备突然停电。,6.3.1 太阳能中央热水系统,太阳能中央热水系统是大面积太阳集热系统，主要用于综合场 馆和游泳池加热等。设计时，须综合考虑太阳能集热形式、热量 储存、管路防冻、辅助加热形式以及供热方式等多种因素。典型 的直流式太阳热水系统主要由集热器组、储热罐、恒温水箱、辅助加热设备、控制器、循环泵、管路等组成(下图)。,集热器组吸收太阳辐射能转化为热能，集热管的温度可达 到180 左右。循环泵将储热罐中

20、的低温水输入集热器，使 被加热的水回到储热罐，如此循环往复。当集热器和储热罐 温差大于设定值时，循环泵工作；当集热器和储热罐温差小 于设定值时，循环泵停止。储热罐向恒温水箱内补充热水， 恒温水箱向用户供热。当太阳能加热达不到储热罐的设定温度时，也可通过辅助加热锅炉保持恒温供水。液位控制器和电磁阀1联合控制太阳能储热罐的水位，电磁阀2和热水循环泵联动。系统采用排空法防冻，即储热罐安装于系统最低点，系统顶部设排气阀。当循环泵停止运转后，集热系统中的水全部回流至储热罐。这样既能起到防冻的作用，也能避免了管内存水造成的热损失。辅助加热设备可采用(煤、油或气)锅炉，空气源、地源热泵等，也可采用市政热力，

21、以容积式换热器替代恒温水箱直接供应恒温热水。从而保证在阴雨天连续供应热水。,6.3.2 太阳能供热供暖系统,该系统为典型的间接式供热供暖系统。除提供家庭热水供应外， 它还可以进行中央供暖。该系统主要由太阳能集热系统、储热系 统、供暖系统和供热系统组成(下图)。,太阳能集热系统包括集热器组、膨胀箱、减压阀、排气阀、 循环泵，管路等；储热系统包括储热罐、辅助热源、液位控 制阀、溢流阀等；供暖系统包括暖气片或地暖设施、辅助燃 气加热器、循环泵、管路等；供热系统通过换热器提供洗浴 热水。 该系统实现了集热、储热、供热、供暖体系的相对封闭独立。集热系统的流动介质可选用酸性、含氯硬水，以防止集热器结垢；选

22、用添加乙二醇等防冻剂进行防冻保护，对平板型集热器、全玻璃真空管集热器更加有效。供热系统提供安全环保的洗浴热水；可根据季节及用户需求，以燃气加热器作为辅助热源，调节供暖温度。在实际应用中，可根据具体情况选择使用燃气加热器、浸没式电热器和太阳能热泵等辅助加热设备。,6.3.3 太阳能游泳池热水系统,太阳能游泳池热水系统结构简单，适用于小型游泳场馆和家 庭泳池。集热器组把太阳辐射能转换为热能，热水流经储热罐 低位螺旋型管路，将热能储存在储热罐中；储热罐中高位浸没 式电加热线圈作为辅助热源(下图)。太阳能集热系统封闭独立，同样可进行防冻、防垢保护。,利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多

23、年。 因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若欲节省大量化 石能源的消耗，设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水 系统，亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能集热器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经集热器内的工作流体将热能储存，在供热至房间。而辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热装置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间，或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中（

24、固体、液体或相变化的储热系统），然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，在把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，在利用风扇吹送被加热空气至室内，而达到暖房效果。,6.4 太阳能暖房设计概况,随着我国经济的高速发展和人口有计划增长,能源需求总量日益 增加,太阳能这种可再生清洁能源的开发,有着重要的意义。虽然人 类在建筑中利用太阳能方面已积累了不少经验,但有目的地研究太阳 能建筑还是最近几十年来的事。1939 年美国麻省理工学院建成了世 界上第一座用来采暖的太阳能建筑,到70年代世界性能源危机后,太 阳能建筑的发展速度大大加快,目前世界上大约有几十

25、万座太阳能建筑。太阳能建筑是指利用太阳能替代部分常规能源使室内达到一定温度的一种建筑。早期的太阳能建筑物是利用太阳热能与光能的自然传递使居室温暖明亮,通常称为“被动式太阳能建筑”。而后随着科学技术的发展和人们对居住环境要求的提高,逐渐从被动式太阳能建筑发展成“主动式太阳能建筑”。主动式太阳能建筑是由太阳能集热器、热水槽、泵、散热器、控制器和贮热器等组成的采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能空调建筑。它与被动式太阳能建筑一样,围护结构应具有良好的保温隔热性能。,利用太阳能进行采暖的环保型生态建筑，必须具有辅助热源，包括煤、气、油或电能。在建筑物内配置太阳能的集热、蓄热、供热系统，以实现屋内的热水

26、供应、取暖等功能。,6.4.1 概述,6.4.2 太阳房的原理和类型,基本上分为：主动太阳房、被动太阳房和热泵式太阳能采暖系统,主动式太阳房-是在建筑与结构按太阳房技术条例设计与建造基础上通过集热器、贮热器、管道、风机或水泵等设备来收集、贮存及输配太阳能，向建筑供暖。需要电做辅助能源。蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故不占用室内居住面积是这种系统的一大优点。,通过太阳能集热器 1 收集太阳辐射能，使其中的热媒被加热，热水沿供热管道送往热用户的散热设备4，散热设备将热量散给房间。太阳能集热器相当于常规采暖的热源，当集热器的集热量不足时，则由辅助热源3 进行补充;当集热器的集热量超过用户的需热

27、量时，则将多余的热量储存在贮热器2 中。,被动式太阳房-是依靠建筑物本身的合理布局，通过窗、墙、屋顶、地面及设置的建筑结构尽量多地吸收和贮存太阳能，以自然的辐射、对流和传导方式传热，它无须专门的集热器、贮热器、管道、风机或泵等设备。这种太阳房构造简单，造价低，以自然热交换方式来获得能量,取材方便，造价便宜，无需维修，有自然的舒适感，特别适合发展中国家的广大农村。,被动太阳房的类型,直接受益式:它是利用阳光直接透过大面积的玻璃窗进入室内， 照射到墙壁、地板及家具上，使其吸热，受热体温度升高， 然后通过辐射与对流等换热方式加热室内空气与其他未受太 阳辐射的墙、地板与物体等，提高其温度，提供采暖。,

28、b. 集热墙式:由法国学者特朗勃提出的一种集热取暖方式，故也称 为特朗勃墙式。南面一层或两层玻璃板后面为一道重型结构的 集热墙，墙外表面涂有黑色涂料，上下开通风口，并设有可开 闭的活门。玻璃板和集热墙之间留有10-20 cm的间隙，当阳光 透过玻璃板照射在集热墙上时，被墙吸收，其外表面温度升高，所吸收的热量，一部分通过玻璃板向室外散失；一部分加热夹层中的空气，从而使空气与室内空气的密度不同，可通过上下通风口形成自然对流，由上通风口将热空气送入室内，室内的空气由下通风口流入夹层被加热，如此循环对流向室内供暖；剩下部分则通过集热墙体导热传至墙内壁，室内空气通过与之对流换热提高温度。为防止在阴雨天气

29、或晚间无太阳辐射时夹层中的空气倒循环，将上下通风口关闭。,c. 附加阳光间式:在居室的南墙外建一玻璃罩着的阳光间。阳光间与室内空间由墙及窗隔开。其供暖方式是集热墙与直接受益式的结合，这种形式的阳光间可以用来养花或培植植物，但玻璃表面积大散热损失大，因而降低了收集阳光的有效热量。,d. 屋顶集热蓄热式:将充满水的黑色塑料袋放在屋顶上。在冬天白天，太阳辐射把水加热，由于其下的屋顶不设保温层，热量透过屋顶传入室内；在晚上，用保温板遮盖塑料水袋，以减少热水向室外环境散热。水的热容量很大，可以储存较多的能量，以满足晚上室内采暖的需要。,e. 自然对流回路式:设计的构思是，设法增加南墙的集热面积，以便提高

30、室内温度。这种太阳房白天直接依靠太阳辐射供暖，多余的热量被热容量大的建筑物本体（如墙、天花板、地基）及由碎石填充的蓄热槽吸收；夜间通过自然对流放热使室内保持一定的温度，达到采暖的目的。,太阳能热泵-将太阳能作为蒸发器热源的热泵系统称为太阳能热泵系 统，其工作原理如下图所示：,在蒸发器吸热后其工质的高温低压过热气体在压缩机中经过绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压的液体，放出工质的气化热，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水，供用户使用，同时液态工质再经过降压阀绝热节流后变为低温低压液体，并回到蒸发器定压吸收热源热量，蒸发变为过热蒸汽，完成一个循环过程。,主动式太阳能采暖,

31、利用集热器产生的热水采暖，结构较复杂，造价较高，需要电做辅助能源； 蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故不占用室内居住面积是这种系统的一大优点。,无辅助锅炉的主动式太阳房,主动式太阳房的采暖和供热系统,1-集热器;2-过滤器;3、8、9、12、15-循环泵;4-贮存器;5-集热器热交换器;6-减压阀;7-蓄热水箱;10-电动阀;11-辅助热源;13-散热器;14-热水热交换器;16-预热水箱;17-辅助加热水箱;18-排气阀,如上图所示,该系统可分为三个循环回路:集热回路,主要包括集热 器、贮存器、集热器热交换器、过滤器、循环泵等部件。在该回路 中采用差动控制,使用两个温度传感器和一个差动控

32、制器,其中一个温 度传感器(热敏电阻或热电偶)安装在集热器吸热板接近传热介质出口 处,另一个温度传感器安装在蓄热水箱底部接近收集回路回流出口,当 第一个传感器温度大于第二个传感器510时,集热泵3就开启。在这种情况下流体从贮存器经集热泵入集热器,同时空气从集热器置换进入贮存器中;相 反,当蓄热水箱出口温度与集热器吸热板温度相差12时集热泵就关闭,在这种情况下依靠把集热器中的水排入到贮存器的方法来实现防冻,贮存器要隔热或封闭以防冰冻温度。夏天,用来加热水的有效太阳能量可能超过热水用量,在这种情况下,太阳能系统中的水温可能超过沸点,因此系统应设置温控装置,当蓄热水箱的温度超过一定限度时,集热循环泵

33、会自动关闭。,采暖回路,主要包括蓄热水箱、散热器、辅助热源、电动阀等部 件。采暖回路是指采暖房间中热媒的循环回路,自动控制一般使用两 个温度传感器和一个差动控制器,其中一个是温度传感器置于蓄热水 箱采暖回路出口附近,室内设置温度敏感元件测量室温,当室内温度 降低时,此时蓄热水箱温度很高并达到一定的数值,辅助加热器关闭, 由蓄热水箱提供热量;另一个温度传感器安装在采暖回路的回水管道中,如果室内温度继续下降,且第一个传感器读出的温度低于第二个时,即蓄热水箱的热量不能满足负荷要求,电动阀切断蓄热水箱与系统的联系,使其脱离循环,这时由辅助加热器供暖。生活用热水回路,主要包括热水热交换器、预热水箱、辅助

34、加热水箱、泵等部件。自来水经热水热交换器后进入预热水箱,经预热后的水从预热水箱顶部循环到辅助加热水箱中,在辅助加热水箱内水温上升到所希望的温度,供房间各处使用。任何家用热水系统都必须使用调温阀或其它方法,以确保输送的热水温度不会过高,输送水温度一般在5060范围内。,6.4.3 系统热负荷计算,系统热负荷为供暖热负荷、通风换气热负荷和生活用水热负荷三部分之和。,(1) 供暖热负荷:,式中 U 建筑围护结构总传热系数,w/m2; A 建筑围护结构总面积,m2 ; Ti ,T0 建筑物采暖室外、室内温度, 。,(2) 通风换气热负荷:,式中 Ca 空气比热容 KJ/(kg) ; a 空气的密度,k

35、g/m3 ; V 由于通风换气或缝隙渗透而进入室内的空气量,m3/h ; Ti ,T0 建筑物采暖室外、室内温度。,(1),(2),(3) 生活用水热负荷：,式中 w 水的密度,kg/m3 ; Cpw 水的比热容 KJ/(kg) Td 热水供应温度, ; Ts(t) 自来水供应温度, ; V(t) 热水的流量m3/day。,因此系统热负荷L为:,(3),(4),6.4.4 集热器面积的确定,太阳能采暖是为了节省常规能源,消除污染,同时要求系统投资在 一定年限内收回。如果系统设计成为全年的日子里都有效,则非常不 经济,实验证明,假若给定的集热器面积可以提供一年中320天所需的 热量,但为了满足余

36、下30天所需的热量,则集热器的面积要增加一倍, 而为了提供余下15天所需的热量,则需再增加一倍,所以太阳能采暖系统的采暖热负荷只能由太阳能提供一部分。选择较小的尺寸,用其它燃料作为辅助热源,这种作法较为经济。所利用的太阳能与采暖热负荷的比率称为太阳能保证率,用f表示:,f = 来自太阳的有效得热/所需热负荷,(5),如果太阳能系统的集热器面积为Ac,系统中集热器的安装造价为D元/m2,系统中与集热器面积有关的设备(如蓄热水箱的大小)费用为E元/m2,系统中与集热器面积无关的设备费用(如泵、管道等附加设备的固定造价)是G元/m2,燃料的价格是CF元/m2,假定收回系统初投资的合理年限为K年,每年

37、的折旧率为1/K,则每年节省的钱数W为:,(6),由(4) 式可计算出系统的热负荷L ,在L一定的情况下,集 热面积AC值不同则系统太阳能保证率也随之不同,需要计 算出一系列不同集热器面积下的太阳能保证率f,以得出 不同的系统每年节省的钱数W,由此确定出最经济的集热 面积和最经济的太阳能保证率f。,6.4.5 蓄热水箱的设计,蓄热槽的容积与集热器效率、采暖负荷和太阳能保证率等有关,其蓄热量可表达为:,式中,T1、T2 为蓄热介质起始温度和蓄热温度,为蓄热介质密度,cp 为蓄热介质比热容。,(7),对于采暖和供热水系统来说,通常把水作为蓄热介质,水的密度和比热容可看作常量,因此蓄热水箱的蓄热量可

38、表达为:,(8),由此可得蓄热水箱容积为:,(9),6.4.6 主动式太阳房国外应用实例,在美国新罕布什尔州,大约北纬44,气候寒冷,冬季室外计算温度 为-32。按照节能和室内环境舒适的原则,在1991年底设计了一套 利用太阳能来供暖、供热水的住宅。这套住宅大约有167m2(包括地下 室)。输入该地区全年逐小时气象资料,由计算机模拟出该住宅的热工 参数,由于该太阳能住宅有良好的隔热性能,住宅的设计热负荷大约为6kW,经电脑模拟计算得出:选用集热面积为33m2的集热器,容积为4542L的蓄热槽,容积为197L的生活用热水槽,另外用5kW的电加热器作为辅助热源。这套住宅在实际运行中,能保证室内舒适的温度条件。,6.4.7 主动式太阳房在我国应用的可能性,我国是太阳能资源十分丰富的国家,三分之二的国土面积年日照在 2200小时以上,年辐射总量大约在每年33408360MJ/m2,相当于110 250kg标准煤/m2。我国的太阳能资源按年辐射总量划分为五类地区: 丰富地区(66908360MJ/m2)、较丰富地区(58526690MJ/m2)、中等 地区(50165852MJ/m2)、较差区(41805016MJ/m2)、最差区(3344-4180MJ/m2)。即使我国太阳能较差的地区，年辐射总量也接近东京(4220MJ/m2)、高于伦敦(3640MJ/m2)、汉堡(3