太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用

1、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用一、前言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求量日益增加，能源利用情況緊張，而常規(guī)能源的大量使用必將對(duì)環(huán)境造成不利影響。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，取之不盡，用之不竭，同時(shí)又不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷，將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。我國(guó)屬太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一，年輻射總量大約在3300-8300MJ/（m2.a），全國(guó)2/3以上面積地區(qū)年日照小時(shí)數(shù)大于2000h，每年陸地接收的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于2.4萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，具有太陽(yáng)能利用的良好條件。在建筑能耗中，生活熱水、供暖能耗占了相當(dāng)?shù)谋壤?，利用太?yáng)能來(lái)滿足生活熱水、供暖這些低品位能耗的要求具有巨大的節(jié)能效益，因此，太陽(yáng)能采暖技術(shù)越

2、來(lái)越受到人們的重視。二、太陽(yáng)能資源利用的國(guó)際市場(chǎng)歐洲各國(guó)由于重視節(jié)能和利用可再生能源，加上城鎮(zhèn)和郊區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施完善，多年來(lái)積累了對(duì)供熱基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行節(jié)能改造、興建可再生能源供熱（生活熱水和采暖）設(shè)施的大量經(jīng)驗(yàn)。 歐洲各國(guó)的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)供熱（basicheating）大多是由區(qū)域供熱（districtheating）設(shè)施提供的。而中歐、北歐國(guó)家的供熱設(shè)施最為完善，傳統(tǒng)上多采用建設(shè)大型熱力站的方式為住戶供熱，這就使得大型太陽(yáng)能熱力站（Largescale Solar Heating Plant）技術(shù)在歐洲得到了大量的工程應(yīng)用。 歐洲大規(guī)模太陽(yáng)能熱水技術(shù)的工程應(yīng)用普遍具有以下特點(diǎn)： 統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì) 新建和供熱

3、系統(tǒng)節(jié)能改造并存，系統(tǒng)類型多樣 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)與區(qū)域供熱系統(tǒng)結(jié)合 全天候運(yùn)行 既提供生活熱水，也提供采暖 整合供熱先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，系統(tǒng)效率高 多元化組合能源系統(tǒng)（燃?xì)?、燃油、燃木屑、生物質(zhì)能、電等）。 平板式集熱器為主，安裝部位有屋面、墻面、地面，可替代屋面板（德國(guó)、挪威）、與屋頂窗合（丹麥）等。 丹麥Marstal太陽(yáng)能熱力站為供熱系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目，利用太陽(yáng)能和生物燃料替代廢油為當(dāng)?shù)鼐用?700人提供區(qū)域供熱。丹麥的另一座AEroskobing太陽(yáng)能熱力站，總集熱面積4900m2，為550戶居民供熱，相當(dāng)于每戶平均安裝太陽(yáng)能集熱面積9m2，年供熱能力21GWh，相當(dāng)于全年熱負(fù)荷1

4、618，夏季可提供相當(dāng)于全部需求75以上的熱水，其余用熱需求由燃秸稈鍋爐完成。上述兩座熱力站均通過(guò)新建太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，與原有區(qū)域供熱設(shè)施相連，并采用熱泵技術(shù)進(jìn)行蓄熱，以提高太陽(yáng)能供熱的比例。 瑞典Kungalv太陽(yáng)能熱力站，是城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的組成部分，總投資273萬(wàn)歐元（273歐元m2集熱器），鄰Munkgarde區(qū)域熱力站而建。該區(qū)域熱力站由設(shè)計(jì)能力為5MW的太陽(yáng)能熱力站與一個(gè)12MW的燃木屑鍋爐、兩個(gè)12MW的燃油鍋爐相連，配備了1000m3的蓄熱水箱，800個(gè)面積為125m2的平板集熱器按陣列布置在一塊廢棄的農(nóng)田上。2002年，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的產(chǎn)能已接近4GWh，整個(gè)熱力站的年供熱能力接近

5、90GWh。 芬蘭赫爾辛基北部的維?；鲁?，2002年建成“生態(tài)維?；‥koviikki）”居住宅區(qū)大型太陽(yáng)能熱力站系統(tǒng)，系統(tǒng)由8個(gè)多層住宅系統(tǒng)復(fù)合而成，每個(gè)多層住宅系統(tǒng)有80250m2的集熱面積，總集熱面積共1248m2。集熱器安裝在坡屋面上，每塊集熱器面積特制為10m2。太陽(yáng)能熱力站與居住宅區(qū)低溫循環(huán)供暖系統(tǒng)聯(lián)合使用，為368戶、35625m2的住宅提供生活熱水和供暖。目前，50以上的采暖和生活熱水可由太陽(yáng)能提供。太陽(yáng)能熱力站建設(shè)費(fèi)用80萬(wàn)歐元，而太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)所增造價(jià)，僅使住宅銷售價(jià)格提高了0.5。 大型太陽(yáng)能熱力站的優(yōu)勢(shì)在于整合能源資源結(jié)構(gòu)、整合優(yōu)勢(shì)供熱技術(shù)和設(shè)備，提高區(qū)域供熱效率。

6、但是，由于一次性投資大、回報(bào)時(shí)間長(zhǎng)等原因，造成大型太陽(yáng)能熱力站在歐洲市場(chǎng)上缺乏經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，但從技術(shù)的層面來(lái)講，歐洲的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)值得我們研究和借鑒。另外，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能，在我國(guó)小城鎮(zhèn)建設(shè)住宅區(qū)級(jí)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，不僅僅是解決對(duì)于某些國(guó)家和地區(qū)來(lái)說(shuō)的能源綠不綠或用不用的問(wèn)題，而是要解決能源有無(wú)的問(wèn)題。 我國(guó)近10年來(lái)太陽(yáng)熱水器行業(yè)發(fā)展迅速，目前已擁有世界上獨(dú)一無(wú)二的不靠政府補(bǔ)貼的巨大市場(chǎng)。但是，盡管我國(guó)太陽(yáng)能熱水市場(chǎng)的總量在世界上居于首位，但人均卻只有中等水平。加強(qiáng)太陽(yáng)能熱水技術(shù)、特別是集中式太陽(yáng)能供熱技術(shù)的集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化工程應(yīng)用，將成為推動(dòng)和擴(kuò)大太陽(yáng)能產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展的有效途徑?？梢灶A(yù)言，

7、如果說(shuō)分戶式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為中國(guó)成功地啟動(dòng)了太陽(yáng)能熱水產(chǎn)品市場(chǎng)的話，那么根據(jù)氣候特點(diǎn)和太陽(yáng)能利用條件，統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)大規(guī)模集中式住宅區(qū)級(jí)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，可以使太陽(yáng)能熱水產(chǎn)品市場(chǎng)得到進(jìn)一步擴(kuò)大，并為寒冷地區(qū)供熱工程的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。 不難看出，寒冷地區(qū)未來(lái)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和產(chǎn)品市場(chǎng)的潛力更為巨大，如能通過(guò)技術(shù)開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)引導(dǎo)，可以有效地利用太陽(yáng)能為寒冷住戶改善生活居住條件，提高生活質(zhì)量。一方面，通過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)合理的太陽(yáng)能供熱服務(wù)半徑，不僅可以實(shí)現(xiàn)為寒冷地區(qū)提供生活熱水、還可以實(shí)現(xiàn)為寒冷地區(qū)住宅解決基本采暖的目標(biāo)。另一方面，對(duì)于現(xiàn)有寒冷地區(qū)的供熱基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能改造來(lái)說(shuō)，建設(shè)與原有供熱設(shè)施相結(jié)合的

8、大型太陽(yáng)能熱力站，通過(guò)合理的能源組合，實(shí)現(xiàn)增效和節(jié)能，可以有效地減少常規(guī)能源的使用，減少CO2排放，保護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境。三、太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)實(shí)例 中國(guó)延安干部學(xué)院添建工程充分考慮到了這一點(diǎn)，其太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)是由太陽(yáng)能采熱、換熱兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)組成。其中太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)采用國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，集熱板采用進(jìn)口藍(lán)膜平板集熱器，提高系統(tǒng)集熱效率，運(yùn)用溫差循環(huán)系統(tǒng)原理，是目前國(guó)內(nèi)西北地區(qū)最大、最先進(jìn)的系統(tǒng)模式，被陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳列為太陽(yáng)能光熱示范項(xiàng)目的工程。該工程為國(guó)內(nèi)寒冷地區(qū)今后大體量太陽(yáng)能供熱工程的實(shí)施提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。3.1工程概況中國(guó)延安干部學(xué)院添建項(xiàng)目是為了進(jìn)一步貫徹中央和中央領(lǐng)導(dǎo)“繼續(xù)大規(guī)模培訓(xùn)干部，

9、充分發(fā)揮黨校、行政學(xué)院、干部學(xué)院作用，大幅度提高干部素質(zhì)”的指示精神，完善原學(xué)院工程在教學(xué)、生活等功能方面需要，經(jīng)國(guó)家發(fā)改委立項(xiàng)批準(zhǔn)于2010年3月開(kāi)始建設(shè)。太陽(yáng)能熱水工程是體現(xiàn)添建工程節(jié)能、環(huán)保、綠色理念的措施之一，被陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳列為太陽(yáng)能光熱示范項(xiàng)目的工程。添建工程由中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，生活熱水供應(yīng)范圍僅限于添建范圍建筑，總建筑面積約3.4萬(wàn)平方米，設(shè)計(jì)熱水日供應(yīng)量26t/d，熱負(fù)荷5810000KJ。中國(guó)延安干部學(xué)院添建項(xiàng)目熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱媒采用太陽(yáng)能主供熱和鍋爐輔助供熱系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的安全可靠。太陽(yáng)能熱媒作為主供熱熱媒，當(dāng)交換出的生活熱水能夠滿足要求時(shí)，鍋爐系統(tǒng)的輔

10、助換熱系統(tǒng)就關(guān)閉；當(dāng)遇到冬季、陰雨等天氣，太陽(yáng)能主換熱不能滿足要求時(shí)，鍋爐系統(tǒng)的輔助換熱作為補(bǔ)充和保證。3.2太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的選型及構(gòu)成3.2.1 地理位置及光照條件延安市所處地理位置為北緯37度37分，太陽(yáng)能資源分類為二類分布區(qū)，年平均光照22003000小時(shí)，年利用太陽(yáng)能3001191MJ，太陽(yáng)能保證率可達(dá)到50以上。為了最大限度縮短太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)管道長(zhǎng)度、減少熱量損失、并充分考慮到系統(tǒng)與建筑群的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，太陽(yáng)能集熱板矩陣布置在中國(guó)延安干部學(xué)院東側(cè)鍋爐房、動(dòng)力中心、花房屋面上，一字排列，太陽(yáng)能集熱板矩陣全長(zhǎng)155米。3.2.2 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)防凍設(shè)計(jì)要點(diǎn) 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)防凍設(shè)計(jì)是嚴(yán)寒寒冷地

11、區(qū)太陽(yáng)能液態(tài)工質(zhì)集熱器系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一，主要包括系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)和控制策略設(shè)計(jì)。 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)常見(jiàn)的防凍措施主要有集熱系統(tǒng)防凍液防凍、集熱系統(tǒng)排空防凍、集熱系統(tǒng)排回防凍、電伴熱帶防凍和蓄熱水箱水反沖循環(huán)防凍等幾種。（1）集熱系統(tǒng)防凍液防凍 該方法通過(guò)在集熱系統(tǒng)中充注防凍液防凍，適用于金屬流道集熱器間接系統(tǒng)，尤其在平板太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中應(yīng)用較多，國(guó)外較常見(jiàn)。 該方法的主要優(yōu)點(diǎn)為防凍可靠，防凍溫度可調(diào)；缺點(diǎn)主要有：a.防凍液較貴，投資會(huì)增加；熱容較大，夜間降溫后白天太陽(yáng)能將其加熱有損失；b.常用防凍液在高溫條件下會(huì)分解，具有腐蝕性，需采取措施保證其工作溫度在分解溫度之下；c.常用防凍液壽命一般5

12、年左右，需要更換防凍液，帶來(lái)費(fèi)用增加。（2）集熱系統(tǒng)排空防凍 該方法在循環(huán)泵停止運(yùn)行后，集熱系統(tǒng)中的水通過(guò)重力作用落回貯熱水箱，屋面集熱系統(tǒng)不存水，從而防止凍結(jié)發(fā)生。該方法多用于平板集熱器直接系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較普遍。 該方法的主要優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)單，易操作，投資?。蝗秉c(diǎn)主要有：a.系統(tǒng)采用直接系統(tǒng)，一般用于寒冷地區(qū)，嚴(yán)寒地區(qū)慎用；b.管路頻繁排空充滿，容易銹蝕，水質(zhì)易受污染，對(duì)管路壽命有影響；c.集熱器和管路的安裝坡度有嚴(yán)格要求，以保證集熱系統(tǒng)中的水能完全排空，實(shí)際施工中難度較大，往往會(huì)有局部水未排空造成凍壞。（3）集熱系統(tǒng)排回防凍 該方法在循環(huán)泵停止運(yùn)行后，通過(guò)重力差將儲(chǔ)液罐中的空氣頂入集熱系統(tǒng)，使屋

13、面上系統(tǒng)中充滿空氣以達(dá)到防凍效果，系統(tǒng)示意如下圖所示。該方法主要用于金屬流道集熱器承壓的閉式小型系統(tǒng)，尤其在平板太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中應(yīng)用較多，主要在國(guó)外系統(tǒng)中應(yīng)用。集熱系統(tǒng)排回防凍示意圖該方法的主要優(yōu)點(diǎn)如下：a.簡(jiǎn)單可靠，可用于嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，直接和間接系統(tǒng)均適用；b.屋頂管路內(nèi)空氣熱容較小，可有效降低日夜間管路介質(zhì)的再熱損失；c.儲(chǔ)液罐內(nèi)的空氣固定，對(duì)管路有保護(hù)作用，腐蝕小；閉式系統(tǒng)也可有效保護(hù)水質(zhì)。 該方法也存在如下缺點(diǎn)：a.儲(chǔ)液罐中空氣容積有限，只能用于小型系統(tǒng)中；b.系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，并增加了儲(chǔ)液罐，投資有所增加；c.系統(tǒng)必須精心設(shè)計(jì)，確?？諝饽軐⒔橘|(zhì)頂回。（4）電伴熱帶防凍 該方法通過(guò)在

14、集熱系統(tǒng)管路上敷設(shè)電伴熱帶，當(dāng)管路溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電伴熱帶啟動(dòng)利用電加熱管路，防止管路凍結(jié)。該方法應(yīng)用范圍較廣，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多。 該方法的主要優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)單易行，但也存在如下缺點(diǎn)：a.需要消耗額外的電能防凍，系統(tǒng)能效會(huì)降低；b.無(wú)電缺電地區(qū)無(wú)法應(yīng)用，不可預(yù)見(jiàn)的停電可能對(duì)系統(tǒng)造成重大破壞；c.不合格的產(chǎn)品和安裝方式可能有火災(zāi)隱患；d.主要針對(duì)管路防凍，對(duì)集熱器本身有防凍要求的系統(tǒng)作用不大。（5） 蓄熱水箱水反沖循環(huán)防凍 該方法通過(guò)在集熱系統(tǒng)典型位置設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，當(dāng)該溫度低于設(shè)定值時(shí)開(kāi)啟循環(huán)泵，將貯熱水箱中高溫水引出沖刷系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)防凍。該方法適用性較好，可用于多種集熱系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多。 該方法的主

15、要優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)單易行，無(wú)需增加其他設(shè)備；主要缺如下：a.需要消耗額外的電能和蓄熱量來(lái)防凍，系統(tǒng)能效會(huì)降低；b.無(wú)電缺電地區(qū)無(wú)法應(yīng)用，不可預(yù)見(jiàn)的停電可能對(duì)系統(tǒng)造成重大破壞；c.長(zhǎng)期無(wú)日照的情況下可能導(dǎo)致水箱水溫過(guò)低失去防凍效果。 經(jīng)過(guò)各方研討對(duì)比決定，該工程選擇防凍液防凍，根據(jù)相關(guān)文選資料顯示延安地區(qū)歷史最低氣溫是1991年的-23，所以太陽(yáng)能集熱器換熱介質(zhì)選用凝固點(diǎn)在-30的防凍液。防凍液采用乙二醇，乙二醇是集防腐、阻垢、防凍和長(zhǎng)效為一體的環(huán)保防凍導(dǎo)熱液。良好的抗低溫性能和防腐性能，特別適合于高寒地區(qū)的太陽(yáng)能系統(tǒng)導(dǎo)熱，導(dǎo)熱性能優(yōu)良。在高溫情況下（120）性能非常穩(wěn)定，其熱壓膨脹性遠(yuǎn)低于做為普通介質(zhì)

16、的水?？杀Ｗo(hù)鐵、鋁、銅、錫等絕大部分金屬，聚乙烯、聚丙烯等合成材料不受腐蝕。3.2.3 系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）熱水產(chǎn)量：65噸/d（2）最低運(yùn)行溫度：-30度（系統(tǒng)充防凍介質(zhì)：乙二醇）（3）換熱方式：熱交換器間接換熱+鍋爐輔熱（4）集熱板傾角：45°（5）運(yùn)行方式：PLC智能化自動(dòng)控制，雙系統(tǒng)并列運(yùn)行。（6）集熱板面積936 m2（共468塊集熱器，其中1#系統(tǒng)270塊，2#系統(tǒng)198塊）（7）集熱器器類型：進(jìn)口藍(lán)膜平板集熱器（8）管道：鍍鋅鋼管，卡箍（耐高溫硅膠密封圈）和絲扣連接（9）系統(tǒng)保溫：50mm厚離心玻璃棉外加不銹鋼鐵皮保護(hù)殼（10）支架：40×4熱鍍鋅角鋼定型

17、支架，不銹鋼螺栓連接（11）各系統(tǒng)支架接地電阻13.2.4 集熱器的選型目前常用的液態(tài)工質(zhì)太陽(yáng)能集熱器主要分為平板型太陽(yáng)能集熱器和真空管型太陽(yáng)能集熱器兩類。真空管型集熱器又可分為全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器、熱管真空管太陽(yáng)能集熱器和U形管真空管太陽(yáng)能集熱器三種。其中全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器流道為玻璃管腔，其他三種集熱器流道為金屬流道，承壓性和可靠性較好。太陽(yáng)能集熱器最重要的性能參數(shù)是其熱性能。太陽(yáng)集熱器的熱性能用穩(wěn)態(tài)條件下的瞬時(shí)效率方程表示如下：= 0- a1Ti- a2 G(Ti)2穩(wěn)態(tài)條件下運(yùn)行太陽(yáng)集熱器的瞬時(shí)效率，即集熱器實(shí)際獲得的有用功率與集熱器接收的太陽(yáng)輻射功率之比；0 a1 a2通過(guò)檢

18、測(cè)擬合得出的常數(shù)項(xiàng)和系數(shù)；G太陽(yáng)總輻射輻照度，W / m2；Ti歸一化溫差，Ti=（ti-ta）/ G。典型平板和真空管太陽(yáng)能集熱器的效率曲線如下圖所示。真空管集熱器和平板集熱器相比較，真空管集熱器的優(yōu)點(diǎn)是集熱效率高、成本低、積塵少、防風(fēng)性好；缺點(diǎn)是軟性連接不能承壓運(yùn)行、易破損、熱容大。平板集熱器的優(yōu)點(diǎn)是：春、夏、秋三季集熱效率高、熱容小、可承壓運(yùn)行、壽命長(zhǎng)、故障率低、易于與建筑結(jié)合、有效采光面積大；其缺點(diǎn)是：冬季效率低、防凍性能差、風(fēng)阻大、易積雪積塵、造價(jià)高。對(duì)于該系統(tǒng)，主要適用的集熱器類型為真空型和平板型兩種。經(jīng)過(guò)比較，最終選擇安全性能更為優(yōu)越的平板型集熱器。鑒于建設(shè)方對(duì)系統(tǒng)效率的要求，綜

19、合考慮該地區(qū)的氣溫情況，該集熱系統(tǒng)選用進(jìn)口藍(lán)膜平板集熱器，提高系統(tǒng)集熱效率，并確保該項(xiàng)目的安全可靠。太陽(yáng)能能集熱板設(shè)置在原一期工程鍋爐房、添建工程動(dòng)力中心及花房屋面，有效的利用了原一期及添建工程的建筑空間，節(jié)約了投資。 3.2.5 集熱器傾角設(shè)計(jì)根據(jù)GB/T 50364-2005，集熱器傾角應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢拢蝗缦到y(tǒng)側(cè)重在夏季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥葴p10°；如系統(tǒng)側(cè)重在冬季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥燃?0°。全玻璃真空管東西向水平放置的集熱器傾角可適當(dāng)減少。中國(guó)延安干部學(xué)院添建工程太陽(yáng)能集熱器方位選擇朝南放置，考慮到當(dāng)?shù)氐墓庹諚l件春夏均無(wú)問(wèn)題，為了使秋、冬季集熱系統(tǒng)能獲得最佳

20、太陽(yáng)輻射，傾角比當(dāng)?shù)鼐暥却?°（當(dāng)?shù)鼐暥葹?7度36分），確定集熱器的安裝傾角為45°。集熱器的布局與連接方式：集熱器的布局有多種形式，主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置、集熱器位置和集熱器數(shù)量面積的多少確定?？蓡闻拧㈦p排或多排布置，排與排之間可并聯(lián)、串聯(lián)或交串聯(lián)。具體如下：雙排并并聯(lián)單排并聯(lián)SH··支架傾角及前后排距離平板集熱器單排并聯(lián)，不應(yīng)多于50M2（25塊），對(duì)大于100M2集熱器的系統(tǒng)，不應(yīng)采用雙排串并聯(lián)，應(yīng)采用多排并聯(lián)的布局。該工程選用多排并聯(lián)布置，排與排之間間距2.0米，充分利用了太陽(yáng)的光照面積。3.2.6 太陽(yáng)能集熱器的支架用于支承固定集熱器起到防風(fēng)抗震的

21、作用，為使支架整體協(xié)調(diào)、美觀、堅(jiān)固耐用，采用熱鍍鋅角鋼定型組裝件制作，支架與槽鋼底座、槽鋼底座與混凝土條形基礎(chǔ)剛性連接，避免了直接與屋面連接，破壞樓頂防水層，造成漏水的問(wèn)題。并排支架焊接聯(lián)為一體，確保集熱器抗風(fēng)沙強(qiáng)度。經(jīng)中國(guó)西北設(shè)計(jì)院審核計(jì)算，符合負(fù)荷要求。支架通過(guò)鍍鋅扁剛與建筑物接地系統(tǒng)聯(lián)通，滿足防雷要求。輔助加熱系統(tǒng)輔助加熱系統(tǒng)主要有電輔助加熱系統(tǒng)、燃油鍋爐輔助加熱系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t加熱系統(tǒng)、蒸汽輔助加熱系統(tǒng)、暖氣加熱系統(tǒng)。無(wú)論采用何種輔助加熱系統(tǒng)，其功率大小的選擇都應(yīng)按在太陽(yáng)能不工作時(shí)，完全靠輔助加熱系統(tǒng)能保證熱水供應(yīng)來(lái)確定。不同的輔助加熱系統(tǒng)主要應(yīng)注意以下問(wèn)題：1.電輔助加熱系統(tǒng) 電輔助加

22、熱系統(tǒng)主要應(yīng)確定電加熱的功率大小。電加熱功率大小的確定主要考慮兩個(gè)因素，一個(gè)是需要多大電功率，另一個(gè)是用戶能提供多大功率的電量。若后者大于前者，則按前者確定，若前者大于后者，則只有按后者確定。需要多大電功率P需的確定： 日用水量（Kg）*溫升（）*水的比熱 （KW）P需= 時(shí)間（h）*860（大卡/h） 也可按每千瓦電功率每小時(shí)可加熱25Kg的水來(lái)確定（溫升30）需要電功率的大小。注：凡安裝電加熱系統(tǒng)的工程，一定要按有關(guān)規(guī)定做好接地保護(hù)和漏電保護(hù)。2燃油、燃?xì)忮仩t加熱系統(tǒng) 目前國(guó)內(nèi)的燃油鍋爐主要是柴油爐、煤油爐和燃油爐；燃?xì)忮仩t主要有天燃?xì)?、液化石油氣、煤氣鍋爐，無(wú)認(rèn)哪些燃油、燃?xì)忮仩t，都分為

23、承壓和不承壓兩類。目前使用的大部分以無(wú)壓鍋爐居多。燃油、燃?xì)忮仩t功率大小的確定與需要電功率的計(jì)算方法相同。3.3太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)原理及運(yùn)行方式3.3.1太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)原理太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要有以下幾種：1自然循環(huán)系統(tǒng)原理：在光照條件下，集熱器內(nèi)的水被加熱，與貯熱水箱內(nèi)的水相比，集熱器內(nèi)的水溫較高，比重減小變輕，上升到處于較高位置的水箱內(nèi)，水箱內(nèi)的水由于溫度低、比重大，自動(dòng)流到較低位置的集熱器內(nèi)，如此不斷循環(huán)，將貯熱水箱內(nèi)水加熱。優(yōu)點(diǎn)：不需電等常規(guī)能源，也不需專人管理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。缺點(diǎn)：水箱必須置于太陽(yáng)能集熱器高的位置，由于冷熱水比重差很小，因此循環(huán)緩慢，要求較粗管徑和嚴(yán)格的坡度，以減

24、小阻力，因而不宜做成較大的系統(tǒng)。 適用范圍：較小系統(tǒng)（30M2以內(nèi)），單臺(tái)家用、小型工程、多個(gè)小系統(tǒng)并聯(lián)。2強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)溫差強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng):在光照條件下，集熱器內(nèi)水被加熱升溫。當(dāng)集熱器水溫高于水箱水溫時(shí)，溫差控制器自動(dòng)打開(kāi)循環(huán)水泵，將集熱器內(nèi)熱水泵入水箱；當(dāng)集熱器內(nèi)水溫低于水箱水溫時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉水泵。定流量強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng):有陽(yáng)光時(shí)水泵自動(dòng)循環(huán)，無(wú)陽(yáng)光時(shí)水泵自動(dòng)停止。兩種強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)比較:溫差強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)：此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能化控制，熱效率較高、熱損失較少， 比定流量循環(huán)系統(tǒng)更科學(xué)、合理。定流量循環(huán)系統(tǒng)：此系統(tǒng)靠光控實(shí)現(xiàn)智能化控制，與溫差循環(huán)系統(tǒng)相比，缺點(diǎn)是系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間循環(huán)后，水箱內(nèi)的水溫升高到一定的

25、溫度，集熱器內(nèi)水溫可能會(huì)由于當(dāng)時(shí)光照不強(qiáng)而低于水箱溫度，這時(shí)由于有太陽(yáng)光照，光控儀仍使水泵循環(huán)，水箱內(nèi)的高溫水流經(jīng)集熱器和管路，造成系統(tǒng)熱損失。而溫差循環(huán)系統(tǒng)則不存在此問(wèn)題，但定流量循環(huán)系統(tǒng)對(duì)于太陽(yáng)能游泳池和太陽(yáng)能溫水養(yǎng)殖則比較適宜。適用范圍：定時(shí)、定人洗浴的單位使用。3.定溫放水系統(tǒng)原理：在太陽(yáng)能集熱器內(nèi)加一溫度探頭，并與溫控器相聯(lián)，在光照條件下，當(dāng)集熱器內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)（可在100內(nèi)任意設(shè)定），溫控器使電磁閥工作，將冷水抽入集熱器，并將集熱器內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度的熱水頂入貯熱水箱，當(dāng)集熱器內(nèi)水溫達(dá)不到定值時(shí)，電磁閥自動(dòng)停止。適用范圍：不受采光面積限制，可24小時(shí)供熱水。與輔助加熱系統(tǒng)配合，用水

26、量可多可少。不受洗浴人數(shù)限制，方便可靠。4.U型管二次回路系原理：將整個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)充滿防凍液，貯熱水箱內(nèi)加裝換熱器。有陽(yáng)光時(shí)水泵自動(dòng)循環(huán)，無(wú)陽(yáng)光時(shí)水泵自動(dòng)停止，如此不斷循環(huán)將集熱器內(nèi)的防凍液加熱后經(jīng)換熱器以熱傳導(dǎo)方式將貯熱水箱內(nèi)的水加熱。優(yōu)點(diǎn)：防凍，耐高寒。缺點(diǎn)：由于防凍液對(duì)人體有害，安裝過(guò)程中必須確保管路不泄漏；由于水箱中的水是經(jīng)過(guò)換熱器的二次傳加熱的，所以熱效率比真空管低。適用范圍：適合北方高寒地區(qū)的定時(shí)、定人的單位使用。經(jīng)過(guò)比對(duì)，該工程選用溫差循環(huán)系統(tǒng)，在大型熱水工程中，基本都采用這種運(yùn)行方式。在太陽(yáng)光照條件下，在太陽(yáng)能集熱器的出水末端和水箱內(nèi)均增加一個(gè)溫度探頭，采用控制器控制，通過(guò)設(shè)定

27、溫差控制功能，當(dāng)集熱器內(nèi)的水溫與儲(chǔ)熱水箱中的水溫之差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制器開(kāi)始動(dòng)作，控制啟動(dòng)熱水循環(huán)泵，把集熱器中的高溫水和儲(chǔ)熱水箱中的低溫水交換循環(huán)；當(dāng)集熱器中的水溫與儲(chǔ)熱水箱中的水溫之差低于設(shè)定值時(shí)，控制器開(kāi)始動(dòng)作，停止熱水循環(huán)泵工作；如此不斷循環(huán)，從而使整個(gè)儲(chǔ)熱水箱中的水溫升高。 溫差循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，放水系統(tǒng)產(chǎn)熱水速度又大大提高，通過(guò)采用循環(huán)泵，換熱頻率提高，可以始終保持儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的水溫相對(duì)較高，當(dāng)水箱為滿水位時(shí)，當(dāng)集熱器的水溫較高時(shí)仍然可以循環(huán)換熱，大大提高集熱器的利用率。3.3.2 運(yùn)行方式當(dāng)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)回水端溫度高于熱媒水箱水溫7度時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)啟循環(huán)水泵通過(guò)板式換熱器自動(dòng)循環(huán)換

28、熱，當(dāng)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)回水端溫度不高于熱媒水箱水溫3度時(shí)系統(tǒng)停止循環(huán)換熱。熱媒水箱與第一級(jí)容積式熱交換器由2臺(tái)變頻水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制條件是熱媒水水溫必須大于容積式熱交換器進(jìn)水溫度5時(shí)變頻水泵才具備啟動(dòng)條件。變頻泵的運(yùn)行頻率取決于水泵出口壓力，水泵出口壓力取決于容積式熱交換器熱媒進(jìn)口處自力式溫控閥的開(kāi)度。（為防止水溫過(guò)高發(fā)生燙傷事故，溫控閥關(guān)閉溫度設(shè)定為45）生活熱水經(jīng)太陽(yáng)能熱媒水換熱后進(jìn)入第二級(jí)容積式換熱器進(jìn)行鍋爐輔熱，鍋爐輔熱取決于進(jìn)入換熱器的水溫，水溫決定了自立式溫控閥的開(kāi)度，溫控閥關(guān)閉溫度為45，鍋爐輔助供熱系統(tǒng)關(guān)閉。3.3.3 智能控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)采用PLC智能控制系統(tǒng)，可自動(dòng)控制或手動(dòng)控制。為保證太陽(yáng)能系統(tǒng)獲得更好的效益，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可根據(jù)天氣條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在太陽(yáng)能與常規(guī)能源之間進(jìn)行靈活的切換。控制系統(tǒng)功能概述：輸入：T1、T2、T3、T4、T5、W1、W2輸出：DF1、DF2、P1、P2、P3溫差循環(huán)：當(dāng)T1-T57（可調(diào)）時(shí)，啟動(dòng)P1、DF1延時(shí)15秒（可調(diào)）啟動(dòng)P3；T1-T53（可調(diào)）時(shí)，關(guān)閉P1、DF1、P3；當(dāng)T3-T57（可調(diào)）時(shí)，啟動(dòng)P2、DF2延時(shí)15秒（可調(diào)）啟動(dòng)P3；T1-T33（可調(diào)）時(shí)，關(guān)閉P2、DF2、P3。高溫保護(hù)：