【正文】 太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計知識講座 主講人：楊金良 單 位：北京北方賽爾太陽能工程技術(shù)有限公司 主要內(nèi)容 太陽熱水系統(tǒng)的組成 太陽熱水系統(tǒng)的分類 太陽熱水系統(tǒng)的設(shè)計的主要方面 太陽熱水系統(tǒng)的設(shè)計的詳細內(nèi)容 太陽熱水系統(tǒng)的組成 ? 設(shè)備與管道支架 ? 太陽集熱器 ? 貯水箱 ? 管路、泵、閥 ? 設(shè)備防腐與保溫 ? 自動控制系統(tǒng) ? 輔助能源設(shè)備 太陽熱水系統(tǒng)的分類 序 號 分類特征 系統(tǒng)類型 類型 1 類型 2 類型 3 1 按貯水箱內(nèi)水被加熱的方式 直接系統(tǒng) 間接系統(tǒng) — 2 按傳熱工質(zhì)的流動方式 自然循環(huán)系統(tǒng) 強制循環(huán)系統(tǒng) 直流系統(tǒng) 3 按傳熱工質(zhì)與大氣相通 敞開系統(tǒng) 開口系統(tǒng) 封閉系統(tǒng) 4 按系統(tǒng)有無輔助熱源分類 純 太陽能 加熱系統(tǒng) 帶輔助熱源系統(tǒng) — 5 按太陽集熱器內(nèi)介質(zhì)狀況 充滿系統(tǒng) 回流系統(tǒng) 6 按太陽集熱器的類型 平板型系統(tǒng) 真空管系統(tǒng) 太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計的主要方面 ? 用戶情況與要求 ? 系統(tǒng)運行方式確定 ? 太陽集熱器選型 ? 太陽集熱器面積確定 ? 貯水箱設(shè)計 ? 輔助熱源選擇與系統(tǒng)設(shè)計 ? 系統(tǒng)布局 ? 太陽集熱器傾角與前后排間距確定 ? 泵 、 閥及管路選型與管路系統(tǒng)設(shè)計 ? 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 ? 1 管路與設(shè)備的保溫與防凍 ? 1系統(tǒng)安全防護（防雷 /防雨 /防漏電 /防腐蝕 /抗風(fēng)雪等） 用戶情況與要求（ 1） 原始資料收集 （ 1）用戶所處地理位置和環(huán)境條件 ? （ 2） 水源情況 ? （ 3）電力供應(yīng)情況 ? （ 4）安裝場地情況 ? 以上內(nèi)容有些可以通過查資料獲得，有些則必須向用戶了解，才能弄清楚。但必須向用戶了解有無特殊情況，如安裝現(xiàn)場是否在風(fēng)口、易發(fā)生雷擊的地方等。 用戶情況與要求（ 2） 用太陽能系統(tǒng)的要求 ? （ 1）安裝太陽能系統(tǒng)的用途 用于生活熱水供應(yīng) /工業(yè)用熱水 /游泳池加熱 /采暖 、 制冷等 。 太陽能全年工作 /季節(jié)性工作 ? （ 2）用水方式 ? 定時用熱水 /全天 24 小時用熱水 ? 用水溫度 /全天總用水量 /用水流量 /用水壓力 。 ? （ 3）輔助能源情況 ? 是否要求配置輔助能源 /配置輔助能源的種類 （ 電 /燃油 /燃氣 /蒸汽 /暖氣 /熱泵等 ） ? 如果使用原有的輔助能源設(shè)備 ， 應(yīng)了解設(shè)備的型號 、 類別 ， 供熱方式等 。 ? （ 4）其它要求 管理方式 ， 有無專人管理 /是否要求全自動控制 /是否要求自動計量計費等 。 用戶情況與要求（ 3） 原始資料核實 ? 太陽能系統(tǒng)的技術(shù)性很強 ， 也比較專業(yè) ， 并非所有的用戶都能十分全面 、 清楚地表達其要求 。 有些用戶所表達的要求與其實際上真正的需要不一致 。有些用戶所提的要求可能無法實現(xiàn) 。 因此 ， 設(shè)計人員必須對用戶所提供的情況進行分析判斷 ， 如果可能 ， 應(yīng)進行現(xiàn)場考察核實 ， 以便掌握真實客觀的第一手資料 。 ? 在了解了實際情況后，設(shè)計人員應(yīng)將其了解的情況向用戶反饋。雙方認可后，設(shè)計人員才能根據(jù)雙方已經(jīng)確認的設(shè)計條件和要求進行設(shè)計。 用戶情況與要求（ 4） 個人體會 ? 要有為用戶負責(zé)的態(tài)度去做這件事，而不是一味的唯用戶是是是 ? 要引導(dǎo)用戶，公正客觀地向用戶解釋清楚 ? 如：只要裝了太陽能，就能 100%解決你的問題。 ? 太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 1） 基本的運行方式 以加熱介質(zhì)的流動方式分 自然循環(huán)系統(tǒng) 強制循環(huán)系統(tǒng) 直流系統(tǒng) 實際應(yīng)用的太陽熱水系統(tǒng)是以上某一種基本運行方式為主的多種運行方式的組合，由于現(xiàn)場的情況不同，用戶的要求不同，因此，組合的形式也多種多樣 太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 2） 自然循環(huán)系統(tǒng) ? 自然循環(huán)系統(tǒng)的兩大類別 ? 類型一： ? 由水箱、支架、管路和多個集熱器等部件在工程現(xiàn)場連接成一個較大的自然循環(huán)系統(tǒng)。 ? 類型二： ? 以多臺家用太陽熱水器組成的熱水系統(tǒng)。由于每臺家用太陽熱水器實際上也是一個小型的自然循環(huán)系統(tǒng)，因此，這種設(shè)計方式也屬于以自然循環(huán)系統(tǒng)中的一類 太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 2） 自然循環(huán)系統(tǒng) (11) 多個集熱器與一個水箱連接組成的系統(tǒng) 自然循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是不需要外來動力，依靠系統(tǒng)流體本身的密度差自動循環(huán)。但自然循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水箱必須高于集熱器，由于系統(tǒng)流體本身的密度差形成的動力很小，因此必須采取多種措施減小系統(tǒng)循環(huán)阻力。如：選用較大的管徑，管路盡量短，盡量少拐彎，防止出現(xiàn)反坡，造成氣堵等。 因此，自然循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)模一般較小，較大規(guī)模的自然循環(huán)系統(tǒng)常常分解成多個并聯(lián)的小系統(tǒng) 太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 3） 自然循環(huán)系統(tǒng) (12) 落水使用的系統(tǒng) ? 在白天太陽能加熱期間，由于水箱內(nèi)的水溫達不到使用溫度，所以不能使用。 ? 儲熱水箱上部水溫高，下部水溫低，若水箱下部水溫未達到使用溫度，則使用熱水時，需將下部未達到溫度的溫水放掉，才能用上部達到溫度的熱水，因此存在能量和水資源的浪費問題 水箱自來水集熱器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 4） 自然循環(huán)系統(tǒng) (13) 頂水使用的系統(tǒng) 使用時 ， 冷水從水箱下部進入水箱 ， 而將熱水從上部頂出 。 避免了落水系統(tǒng)的缺點 ， 可以隨時使用熱水 ， 而且冷水上水也是自動完成 ， 因此管理也很方便 。 如果冷水供應(yīng)慢 ， 熱水下水快 ， 就會造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水 如果沒有冷水 ， 就無法將熱水頂出 。 存在冷熱水混水問題 ， 造成熱水使用率下降 。 自來水水箱補水箱集熱器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 5） 自然循環(huán)系統(tǒng) (14) 定溫放水形式的自然循環(huán)系統(tǒng) 當(dāng)循環(huán)水箱上部水溫達到設(shè)定溫度時，熱水出水管上的電磁閥自動打開，熱水自動流入另外一個儲熱水箱，同時，冷水自動補入循環(huán)水箱下部。當(dāng)循環(huán)水箱上部水溫低于設(shè)定溫度時，電磁閥自動關(guān)閉。 這種系統(tǒng)必須解決儲熱水箱水滿溢流的問題 自來水循環(huán)水箱M儲水箱補水箱集熱器感溫頭太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 6） 自然循環(huán)系統(tǒng) (15) ? 帶輔助加熱的自然循環(huán)系統(tǒng) 當(dāng)陰雨天或太陽能不足時，用輔助能源將水箱內(nèi)的水加熱到所需溫度。輔助能源系統(tǒng)可以用電加熱， 也可以用蒸汽加熱， 還可以用燃油（氣）鍋爐加熱。 帶輔助加熱的自然循環(huán)系統(tǒng)，可以解決僅靠太陽能加熱存在的熱水供應(yīng)受天氣影響的問題，達到天天有熱水供應(yīng) 水箱M自來水蒸汽電加熱鍋爐感溫頭集熱器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 7） 自然循環(huán)系統(tǒng) (16) 共用一個儲熱水箱的系統(tǒng) 可以解決因一個系統(tǒng)采光面積過大，造成管徑過大，不便安裝的問題。 自來水水箱集熱器集熱器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 8） 自然循環(huán)系統(tǒng) (21) 以多臺家用熱水器組成的系統(tǒng) 采用多臺家用太陽熱水器串并聯(lián)的方式，組成一個較大的太陽熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)實際上是把單個自然循環(huán)系統(tǒng)表轉(zhuǎn)化、工廠化生產(chǎn) 。 優(yōu)點： 安裝簡單，施工方便，一般不需儲熱水箱，因此也省去了因儲熱水箱的承重、安放、吊裝或制作帶來的麻煩； 工程成本相對較低。 缺點： 多個小儲熱水箱帶來的管理和用水不便； 多個小儲熱水箱單位體積的散熱面積是大水箱的好幾倍甚至十幾倍，在同等保溫條件下，小水箱的散熱量明顯較大 輔助加熱系統(tǒng)不便與整個系統(tǒng)匹配等 太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 9） 自然循環(huán)系統(tǒng) (22) 多臺家用熱水器并聯(lián)組成的系統(tǒng) ? 使用：將家用熱水器充滿冷水，白天經(jīng)過太陽能加熱后，每個水箱內(nèi)的水溫都達到了使用溫度，下午或晚上從水箱下部落水法用水。使用結(jié)束后，再重新加滿冷水。 ? 缺點： ? a)水箱上部水溫高，下部水溫低，若水箱下部水溫未達到使用溫度，需將下部未達到溫度的溫水放掉，才能用上部的熱水，存在能量和水資源的浪費問題 . b） 各個家用熱水器上冷水時的水力不易平衡，會出現(xiàn)有些熱水器已經(jīng)溢流，還有一些還沒上滿冷水的問題 自來水家用熱水器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 10） 自然循環(huán)系統(tǒng) (23) 多臺家用熱水器并聯(lián)頂水使用的系統(tǒng) 使用：冷水從每臺家用熱水器水箱下部進入，而將熱水從上部頂出?？呻S時用熱水，冷水上水也是自動完成，因此管理很方便。 缺點： a) 如果冷水供應(yīng)慢，熱水下水快，就會造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水 b) 如果沒有冷水 ， 就無法將熱水頂出 。 C) 存在冷熱水混水問題 ， 造成熱水使用率下降 。 自來水補水箱太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 11） 自然循環(huán)系統(tǒng) (24) 多臺家用熱水器串、并聯(lián)組成的定溫放水系統(tǒng) 使用：當(dāng)最后一臺熱水器水溫達到設(shè)定溫度時，電磁閥自動打開，熱水流入另外一個大的儲熱水箱，同時，冷水從第一臺熱水器補入，依次將熱水頂入下一臺水箱；當(dāng)最后一臺熱水器水箱上部熱水出口處的水溫低于設(shè)定溫度時，電磁閥自動關(guān)閉。 缺點： a)需解決儲熱水箱水滿溢流的問題。 b） 單個水箱的溫水蓄存了較多的有用能量，從而造成了能量浪費 。 自來水儲水箱M太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 12） 自然循環(huán)系統(tǒng) (25) 多臺承壓家用熱水器串、并聯(lián)組成的系統(tǒng) 使用：冷水從第一臺熱水器進入 ， 依次將前臺熱水器的溫水頂入下臺熱水器 ， 從而使前后的熱水器形成了溫度差 。 第一臺熱水器溫度最低 ，最后一臺熱水器溫度最高 。 當(dāng)最后幾臺熱水器水箱內(nèi)的水溫溫度低于設(shè)定值時 ， 電輔助加熱自動啟動 。 這種系統(tǒng)能保證隨時使用熱水 。 缺點：輔助加熱貯存的熱水有限 ， 當(dāng)陰雨天時 ， 熱水不能保證供應(yīng) 自來水承壓家用熱水器電加熱 電加熱太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 13） 強制循環(huán)系統(tǒng) ? 優(yōu)點 | 系統(tǒng)的動力來自于循環(huán)水泵，單個系統(tǒng)可以不受采光面積的限制，可以做到上百甚至上千平方米； 儲熱水箱放置位置不受限制，可以根據(jù)現(xiàn)場情況，擺放在任一安全的位置。 ? 缺點 需要配置循環(huán)水泵、電控裝置等，工程成本較高； 應(yīng)注意選用可靠的控制系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)運行得可靠性； 要求較高的施工技術(shù)。 太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 14） 強制循環(huán)系統(tǒng)常見形式 （ 1) 普通的強迫循環(huán)系統(tǒng) 系統(tǒng)的循環(huán)水泵可以選用溫差 /光照 /定時任一控制器控制； 溫差控制是最合理的循環(huán)方式 ， 近年來被較多地采用； 光照控制常用于需要大流量的游泳池太陽能加熱和太陽能溫水養(yǎng)殖系統(tǒng)； 定時控制用于比較簡易的系統(tǒng) 。 感溫頭自來水儲熱水箱循環(huán)泵集熱器排氣控制器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 15） 強制循環(huán)系統(tǒng)常見形式 （ 2) 定溫循環(huán)系統(tǒng) ? 循環(huán)水泵受溫控器控制。當(dāng)集熱器的出口溫度達到設(shè)定溫度時，循環(huán)水泵自動啟動，將水箱下部的冷水泵入集熱器，同時將集熱器內(nèi)達到設(shè)定溫度的熱水頂入儲熱水箱上部； ? 采用定溫循環(huán)和頂水用水方式，可以使系統(tǒng)實現(xiàn)隨時使用熱水。 ? 存在當(dāng)儲熱水箱內(nèi)的水溫全部達到溫控儀設(shè)定水溫時，循環(huán)水泵將一直循環(huán)的問題 定溫控制器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 16） 強制循環(huán)系統(tǒng)常見形式 （ 3) 輔助加熱強制循環(huán)系統(tǒng) 當(dāng)太陽能不足時 ， 用輔助能源 （ 電 /燃油 /燃氣 /蒸汽 ） 將水箱內(nèi)的水加熱到所需溫度 。 可以解決陰雨天熱水供應(yīng)不足的問題 。 鍋爐蒸汽電加熱控制器太陽能系統(tǒng)常見的運行方式（ 16） 強制循環(huán)系統(tǒng)常見形式 （ 4) 太陽能常壓 /水箱承壓間接系統(tǒng) 在太陽能系統(tǒng)中設(shè)置了一個回流水箱 ， 循環(huán)水泵將回流水箱內(nèi)的