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    太阳能热水工程-太阳能集中供热循环系统存在的问题与探讨

在太阳能集中供热系统中,一般设计人员都会考虑系统循环的问题,但是在安装时往往会因为一些其他原因而忽略了热水循环系统的安装问题,从而造成系统热效率严重降低,出现热水短路和断路问题。本文就一些常见的热水循环系统的问题和解决办法做一些探讨。 太阳能集中供热循环系统的概念:是指在太阳能集中供热系统中,循环水通过每个集热单元的路径要相等或接近相等,从而使每个集热单元的热效率达到大,保证整个系统的热效率大化。 几种常见的热水不等程问题: 一、管道安装造成的不等程问题 案例1 1、错误的安装图例(见图1):
图1错误的管道安装图例
图1所示是常见的管道安装热水循环不等程案例之一,如果在安装时按照图1安装,就会出现循环水从右面的集热单元大量循环,而左面的集热单元的循环很慢甚至不循环。假如该系统是温差循环或者定温放水,一般集热系统的传感器安装在右面集热单元的上端,由于大量循环水从右面流过,是传感器温度下降很快,达到系统停止温度是,整个系统的循环就自动停止。这时,在中间的集热单元和左面的集热单元里面还有大量的热水没有置换出,从而造成系统热效率降低。 2、正确的安装图例(见图2):
图2正确的管道安装图例
图2显示的正确的安装图例,这样安装就能保证系统循环时的等程,保证系统热效率大化。案例2 1、错误的安装图例(图3):
图3错误的管道安装图例
图3所示是另一种常见的由于管道安装造成的热水循环不等程的案例。如图所示,后一排的流程比前一排的流程要长,这样就造成前后排的循环水不等程。 2、正确的安装图例(图4):

图4正确的管道安装图例
按照图4所示安装就保证了前后排的热水循环等程。 二、集热单元数量及安装方式造成的不等程问题 设计人员在确定集中供热工程的集热面积时,一般会根据用水量、当地的光辐射强度等因素来通过下列公式计算确定集热面积: 其中: Ac—直接式系统太阳能集热器总面积,㎡; Qw—日平均用水量,L; C—水的定压比热容,kJ/(kg﹒℃); ρr—水的密度,kg/L; tend—储水箱内水的终止设计温度,℃; tL—水的初始温度,℃; f—太阳能保证率,%; JT—当地太阳能集热器采光面上的年平均日辐照量,KJ/㎡; ηcd—太阳能集热器的年平均集热效率; ηL—管路及储水箱热损失率,无量纲。 或者通过经验来确定太阳能集热器的面积和集热单元的数量,不管通过什么方式来确定,有时候会出现一些比较有意思的数值,要求在安装上要考虑合适的安装方式以保证系统循环的等程问题。 案例3 1、错误的安装图例(图5和图6) 图5集热单元的错误的安装方式图6集热单元的错误的安装方式
如图5和图6所示,这就是集热单元数量造成的不等程问题。一般情况下,如果集热单元在10组以下可以按照图7所示进行安装。 2、正确的安装图例(图7和图8) 图710组以下集热单元的正确安装图例
如果集热单元在10组以上20组以下,例如13组、17组合19组,就要考虑要么增加一组要么减少一组了。 如果集热单元是15组,可以考虑3排5列的排列方式(图8)。

图815组集热单元的正确安装图例
三、安装地形限制造成的不等程问题 太阳能集热工程在安装时常常会因为安装面积的不规则,造成系统循环不等程。 案例4 1、错误的安装图例(图9和图10)

图9受安装面积限制集热单元的错误安装图例
如图9所示,由于安装面积所限制,是左边一组右上角少安装4组集热单元,这样就会使左边一组集热循环出现循环不等程。

图10受安装面积限制集热单元的错误安装图例
如图10所示,由于安装地形受限制,是左边2列比右边2列各少1组集热单元,这样也会造成系统循环不等程的。 2、解决办法: 如果遇见像图9那样的地形和排列方式,一个办法是使用阀门调节流量,将集热单元多的2排流量调节的和上排集热单元少的流量基本一致,但是这个需要专门的流量计和很多时间来调节,难度较大。另一个办法就是把左边的系统设置为定温放水运行模式,系统采用热水增压泵和常闭电磁阀,那一排达到设定放水温度,增压泵和电磁阀同时开启。 如果遇见像图10那样的地形和排列放水,简单的就是去掉右边2列集热单元,保证4×5组合即可。也可以设置为定温放水运行模式,系统采用热水增压泵和常闭电磁阀,那一排达到设定放水温度,增压泵和电磁阀同时开启。也可以按照图11放水连接。

图11受安装面积限制集热单元的正确安装图例
四、按照位置不等高引起的不等程问题 案例5 如图12所示,这是我们在三亚某度假村的设计方案,该度假村安装太阳能集热器的安装面积分为A、B、C、D四个区域,安装面积很不规则,各个建筑高度也不统一,甲方要求大限度的安装太阳能集热器,给燃油锅炉提供预热水源。我们根据甲方的安装场地情况,设计了定温放水运行模式,解决了因场地高度不等和集热器安装不规则等问题。具体思路如下:我们利用甲方现有变频恒压供水系统和水处理系统给太阳能集热系统提供恒压水源,在各个集热系统的进水端安装电磁阀控制热交换,在各个集热系统的热水出水端安装测温元件,系统设定50℃定温放水;当某个系统温度达到50℃时开启电磁阀,冷水主管道的水源进入集热系统,将集热单元中的热水顶出,热水流入热水主管道,流入地下室储热水箱,供给燃油锅炉使用。当系统温度低于30℃时,电磁阀自动关闭。这样就解决了各个分系统因为高度不一致造成的循环不等程问题。也解决了各个分系统集热单元多少、安装形状不一致等问题造成整体系统热效率降低的问题。

图12三亚某度假村的设计方案

 
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