【文章內(nèi)容簡介】 都在中國生產(chǎn)，吸氣劑也在中國生產(chǎn)。這三個方面我們已經(jīng)走在前面。形成配套的產(chǎn)業(yè)鏈。 的玻璃 30 萬噸其中用于真空管有 28萬噸。真空管鍍膜 生產(chǎn)線1000 條及配套設(shè)備，生產(chǎn)能力為 2 億支，裝配約 20xx萬平方米太陽能熱水器，還有配套設(shè)備。一些骨干企業(yè)做了技術(shù)改造，提高了企業(yè)的裝備水平和條件。在全球能源形勢緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢地位。太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢，成為關(guān)注重點。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進程也較 光伏電池 、太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。但是目前市場還有待規(guī)范，消費群體還有待培育，技術(shù)還有尚須改進，因而對于企業(yè)來說還有較大的成長空間。 太陽能鍋爐的構(gòu)造組成 1）太陽能集熱器 在太陽能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽能比較分散，必須設(shè)法把它集中起來，太陽能集熱器能將太陽光收集起來集中給誰加熱，所以，集熱 7 器是各種利用太陽能裝置的關(guān)鍵部分。 2）保溫水箱水箱 保溫水箱又稱保溫桶，用于儲存來自太陽能集熱器加熱過的熱水，保溫水箱具有保溫作 用，能有效的減緩?fù)皟?nèi)熱水熱量的流失。綜合考慮，選用 12 噸的保溫桶。 3）循環(huán)管道 用于連接太陽能集熱器與保溫水箱，利用定溫上水與溫差循環(huán)系統(tǒng)，充分利用太陽能，使保溫水箱中的熱水始終保持較高的溫度水平和讓冷卻下來的水再次進入太陽能集熱器中再加熱，充分利用太陽能。 4）補給水箱 也稱為水塔，用于儲存外界自來水，補充太陽能和輔助鍋爐的冷水需求，作為整個熱水系統(tǒng)的儲水設(shè)備，再太陽能集熱器防凍系統(tǒng)啟動后，還可以將從太陽能集熱器管道中抽出的水放到補給水箱中再儲存，減少水資源的浪費。綜合考慮選用 24 噸的補給水箱。 5)輔 助加熱系統(tǒng) 輔助鍋爐加熱可以使用燃氣，燃煤，電加熱等方式，用于輔助太陽能集熱器，為了滿足全天候持續(xù)供熱水的要求，保證系統(tǒng)供熱水的可靠和穩(wěn)定性以及用水舒適性。綜合考慮選用 8 噸的電加熱鍋爐為本設(shè)計的輔助加熱系統(tǒng)。 太陽能鍋爐適用范圍 太 陽能作為清潔的可再生能源，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如社會會所，公寓，賓館，飯店等熱水中心；學(xué)校，工廠，招待所，醫(yī)院，養(yǎng)老院，幼兒園等的浴室，游泳池等，隨著能源的日漸緊張，能源價格的不斷上調(diào)，太陽能在建設(shè)工程項目中的應(yīng)用逐漸受到人們的關(guān)注。建筑物的中央熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，采用太陽能結(jié)合常規(guī) 能源作為熱水系統(tǒng)熱 8 源，成為中央熱水系統(tǒng)降低能源消耗、節(jié)約運行費用、減少環(huán)境污染的一個有力的措施。 太陽能鍋爐既可作為生活熱水，也可以作為工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)熱水、開水預(yù)熱等。這些地方的熱水供應(yīng)一般具備如下特點： 1. 熱水使用量較大，一般是每 天幾 噸或幾十噸，甚至更多； 2. 熱水的要求溫度范圍一般為 40～ 60℃，最高不超過 90℃； 3. 24 小時或白天 8小時供熱水，用水時間長； 4. 用水舒適度一般要求達到賓館用水要求。 太陽能鍋爐供熱水的方案與選擇 幾種典型的太陽能熱水系統(tǒng)性能對比 目前常見的太陽中央熱水系統(tǒng) 按采用太陽集熱器的不同主要有以下幾個類型： 1. 平板集熱器組太陽能熱水系統(tǒng) 應(yīng)用比較早的一種太陽能熱水系統(tǒng)形式，因防凍問題以及其本身集熱性能受自然環(huán)境和季節(jié)的影響較大，但成本較低和維護工作量小，在我國北方應(yīng)用較少，主要集中在南方地區(qū)。 2. 全玻璃真空管集熱器組太陽能熱水系統(tǒng) 早期的規(guī)模比較小的供熱水項目多采用這種集熱器系統(tǒng)，或?qū)⒉捎萌Ａд婵展芗療崞鞯募矣锰柲軣崴鞔⒙?lián)組成集中供熱水系統(tǒng)。因其投資較低和太陽能利用率高，在太陽熱水市場上占有相當(dāng)大的比重。 3. U 型管真空管集熱器太陽能熱水系統(tǒng) U型管 真空管集熱器替代全玻璃真空管集熱器在工程中應(yīng)用，解決了系統(tǒng)承壓運行等多種問題，但因系統(tǒng)阻力大，熱性能不理想及安裝維護等因素，使用較少。 4. 熱管真空管集熱器太陽熱水系統(tǒng) 9 熱管真空管太陽能集熱器從根本上解決了其它類型太陽能集熱器在熱效率、承壓能力、防凍性能、安裝維護方面存在的問題，價格適中，是目前太陽熱水工程中最理想的集熱器形式。產(chǎn)品成為熱水器和熱水工程市場的主流。表 是上述幾種太陽能熱水工程的主要性能比較。 【 7】 通過幾方面的比較，結(jié)合考慮本地的自然環(huán)境較惡劣，選擇熱管式集熱器最為合適。 系統(tǒng)運行方 式的選擇 在光照下太陽能集熱器內(nèi)的水被加熱，加熱后的熱水需要通過循環(huán)到保溫水箱中，如此不斷循環(huán)，來達到加熱保溫水箱中的水。幾種常見的熱水器如圖 所示。 表 幾種典型太陽熱水工程主要性能比較 項目 平板集熱器 全玻璃真空管集熱器 U 形管集熱器 熱管真空管集熱器 可 靠 性 不適合北方 全年使用 水垢隱患大 凍裂隱患大 不適合做大面積工程 膠圈隱患大，老化、 不承壓、不能在較大 壓力下正常使用 管內(nèi)水垢隱患大，清除難 有凍裂隱患 一支管破損，全工程癱瘓 集熱板密封隱患大 循環(huán)泵功率大 適合做大面積工程 承壓性能好，全金 屬密封， 無水垢隱患 抗凍性能優(yōu)良，采 用雙回路介質(zhì)換熱 一支管破損，全系 統(tǒng)正常運行 10 熱 性 能 集熱性能受季節(jié)、環(huán)境影響較大，北方地區(qū)冬季熱性能明顯降低。 水溫高于 55 時，集熱器熱效率明顯降低 熱效率高 熱水利用率低 有空曬危險 熱效率有隱 患，并聯(lián)運行有死區(qū)，局部過熱 熱容小，啟動快 冬季熱性能佳 多云天氣性能佳 晚間熱損小 運行 維護耐久 性 耐久性差 使用壽命不長 維護困難 安裝困難 集熱板安裝 困難 安裝簡單 維護方便 使用壽命長 強制循環(huán)方式： 該系統(tǒng)的運行原理就是借助水泵動力 ,在熱水箱底部吸水 ,通過集熱器把水送到水箱上部 (見圖 ),該系統(tǒng)適用于任何大面積的循環(huán)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)可采用光控或時控 ,全自動運行。 11 集 熱 器保 溫 水 箱循 環(huán) 水 泵 圖 強制循環(huán)系統(tǒng) 防凍系統(tǒng)的比較與選擇 1. 直接系統(tǒng)的低溫循環(huán)防凍 冬季系統(tǒng)低溫探點達到設(shè)定警戒值時 ,集熱循環(huán)泵開啟 。系統(tǒng)向室外管路 內(nèi)送入熱水推回涼水實現(xiàn)系統(tǒng)防凍 ,系統(tǒng)低溫探點測點超過設(shè)定警戒值時 ,集熱循環(huán)泵關(guān)閉。 2. 直接系統(tǒng)的電伴熱帶防凍 冬季系統(tǒng)低溫探點達到設(shè)定警戒值時 ,溫控電伴熱帶輸出，加熱室外管路實現(xiàn)防凍。 3. 直接系統(tǒng)的溫差循環(huán)防凍 通過循環(huán)豹紋水箱和集熱器里的水來打到熱量循環(huán)交換，使集熱器的水不至于溫度過低被凍壞，達到保護集熱器的目的。 在間接系統(tǒng)中使用防凍傳熱工質(zhì)進行防凍，傳熱工質(zhì)的凝固點應(yīng)低于系統(tǒng)使用期內(nèi)最低環(huán)境溫度、沸點應(yīng)高于集熱器的最高悶曬溫度。 12 冬季系統(tǒng)低溫探點達到設(shè)定警戒值時 ,溫 控電磁閥開啟，系統(tǒng)室外部分的水被排放或回流至儲熱水箱內(nèi)，實現(xiàn)系統(tǒng)防凍 [4]。 通過對上面幾種防凍系統(tǒng)的對比，結(jié)合實際情況，本系統(tǒng)優(yōu)先選擇了溫差循環(huán)的防凍保護，在極惡劣的情況下低溫排空防凍法防凍。 太陽能鍋爐系統(tǒng)工作原理 熱管真空管 熱管式真空管由熱管、吸熱板、玻璃管等主要部件組成 (見圖 )。熱管包括蒸發(fā)段和冷凝端兩部分 :蒸發(fā)段置于玻璃管內(nèi)，與吸熱板緊密結(jié)合在一起；冷凝端位于玻璃管外，既可與導(dǎo)熱塊相接用以加熱聯(lián)集管中的水，又可直接插入貯水箱用以加熱貯水箱中的水 【 6】 。 太陽光 透過玻璃管照射在吸熱板上，太陽選擇性吸收膜將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能。吸熱板吸收的熱量迅速將熱管內(nèi)少量工質(zhì)汽化，并迅速上升到冷凝端 ,放出熱量后冷凝成液體，在重力作用下流回?zé)峁苷舭l(fā)端。利用熱管內(nèi)少量工質(zhì)的汽 — 液相變循環(huán)過程可連續(xù)地傳遞熱量，將吸收的太陽能傳遞到冷凝端加熱聯(lián)集管或貯水箱中的水。為使熱管內(nèi)冷凝后的液體工質(zhì)流回蒸發(fā)段 ,熱管真空管工作時與地面的傾角應(yīng)大于 10176。傾角為20176?！?45176。，時傳熱效率最高 【 7】 。傾角由地理緯度決定，我國從廣州到哈爾濱的緯度變化為 23176?！?45176。，均在此傾角范圍內(nèi)，可以最大限度地提高 熱管的傳熱效率 .熱管式真空管結(jié)構(gòu)示意如圖 2. 熱管式真空管的優(yōu)點 (1) 熱管式真空管熱容小，啟動快，在陽光下 2分鐘即可啟動輸出能量。 13 (2) 承受力強，當(dāng)連接成大面積集熱系統(tǒng)時，能承受循環(huán)泵的壓力，在承壓熱水 系統(tǒng)推廣中獨具優(yōu)勢。 (3) 熱管傳熱，管內(nèi)不進水，從根本上避免了平板集熱器及全玻璃真空管內(nèi)因結(jié) 水垢而引起水道堵塞不能運行和管內(nèi)結(jié)垢影響輸出功率等問題。 (4) 高性能選擇性吸收鍍層及真空保溫技術(shù)，保證在多云天氣及相對溫度大的地 區(qū)仍有較高的熱效率，所以冬天性能尤為突出。 (5) 特殊防凍 技術(shù)，即使在 50℃的嚴(yán)寒條件下仍無凍壞之憂。避免管內(nèi)長期存水，受嚴(yán)寒冰凍，在熱膨脹冷縮情況下易碎管問題。 (6) 熱管式真空管太陽集熱管抗冷熱沖擊好，運行安全可靠，避免一支集熱管 壞損整個系統(tǒng)不能運行的問題。 (7) 集熱板封裝于真空玻璃管內(nèi)，即使在潮濕地區(qū)，也不受腐蝕，使用壽命長。 (8) 在天氣陰晴多變的情況下，比其他熱水器產(chǎn)生更多的熱水。 太陽能鍋爐系統(tǒng)的總體設(shè)計 本系統(tǒng)由太陽能熱水系統(tǒng)、鍋爐輔助加熱系統(tǒng)、供熱水系統(tǒng)和中央 PLC 控制系統(tǒng)四部分組成，太陽能熱水系統(tǒng)為主要的供熱水系統(tǒng)，由真空管太陽能 集熱器組，保溫桶（儲熱水箱），溫差循環(huán)管系統(tǒng)，防凍排空系統(tǒng)和補水管道組成。輔助鍋爐系統(tǒng)由速熱式電加熱鍋爐和補水管道組成。供熱水系統(tǒng)搭配混水器負責(zé)為用戶提供全天候的可持續(xù)熱水供應(yīng)。 PLC 中央控制系統(tǒng)連接其他三部分，是本系統(tǒng)的大腦，負責(zé)對系統(tǒng)的智能自動化控制與手動切換控制。本控制系統(tǒng)采用定溫控制上水與溫差控制循環(huán)相結(jié)合的運行方式，晴好天氣可充分利用太陽能，陰雨天氣或光照不足時，太陽能加熱達不到保溫桶設(shè)定溫度，配合使用電鍋爐輔助加熱。以此達到全天候高效節(jié)能持續(xù)供熱水的要求。 14 系統(tǒng)工作原理如圖 所示： 太 陽 能 集 熱 器溫 度 傳 感 器 T 1循 環(huán) 水 泵 M電 磁 閥 D 2電 磁 閥 D 3自來水電 磁 閥 D 4電 磁 閥 D 1溫 度 傳 感 器 T 2保溫水箱水 位 傳 感 器H溢 流 閥燃 氣 鍋 爐溫 度 傳 感 器 T 3用戶圖 2 . 2 太 陽 能 鍋 爐 熱 水 系 統(tǒng) 工 作原 理 圖電 磁 閥 D 5閘 閥 本系統(tǒng)工作原理如下： 檢測水位上水 由水位傳感器檢測水位，如果保溫水箱水位低于補水水位時，上水電磁閥 D1開啟，給系統(tǒng)補入水。直到保溫水箱水位達到滿水位，停止上水，電磁閥 D1 關(guān)閉。 溫差循環(huán) 當(dāng)太陽能集熱器的水的溫度 T1 比保溫水箱里的水的溫度 T2大 8度以上，則循環(huán)水泵開始工作，帶動太陽能集熱器里的水與保溫水箱里的水循環(huán)，直到太陽能集熱器與保溫水箱的溫差小于 2 度，則循環(huán)水泵停止循環(huán)。 15 鍋爐輔助加熱系統(tǒng) 箱里的水溫度達到 60度時，則鍋爐不工作 ，當(dāng)保溫水箱的水溫低于 60 度，則燃氣鍋爐啟動，開始加熱，直到出水溫度達到 60度，另外，假如遇到斷電、系統(tǒng)故障、長時間的嚴(yán)寒和陰霾天氣等，可直接關(guān)掉電磁閥 D電磁閥 D3，打開電磁閥 D4，相當(dāng)于切除了太陽能集熱器和保溫水箱，直接自來水?dāng)嘟o鍋爐直接供水，鍋爐獨立進行加熱工作。 集熱器的冬季防護 冬季溫度過低，容易引起玻璃等設(shè)備結(jié)凍損壞，所以特設(shè)冬季防凍保護。當(dāng)太陽能集熱器溫度 T1低于 4℃時，延時 5S后自動打開防凍排水閥 P2，把太陽能集熱器中的水抽回補給水箱中，并且關(guān)閉太陽能系統(tǒng)。 報警系統(tǒng) 1）保 溫桶（儲熱水箱）水位上限報警。當(dāng)保溫桶水位高于上限警戒值時，水位上限報警啟動，報警蜂鳴器響和水位上限報警燈亮，水位恢復(fù)或者報警復(fù)位后，報警蜂鳴器和水位上限報警燈滅。 2）保溫桶（儲熱水箱）水位下限報警。當(dāng)保溫桶水位低于下限警戒值時，水位下限報警啟動，報警蜂鳴器響和水位下限報警燈亮，水位恢復(fù)或者報警復(fù)位后，報警蜂鳴器和水位下限報警燈滅。 3）防凍報警。當(dāng)太陽能集熱器水溫低于防凍警戒值時，防凍報警啟動，報警蜂鳴器響和防凍報警燈亮，當(dāng)溫度高于警戒值或者報警復(fù)位后，報警蜂鳴器和防凍報警燈滅。 系統(tǒng)要求 根據(jù)人們對熱 水器的使用習(xí)慣和人性化設(shè)計要求 , 設(shè)計的控制系統(tǒng)具有以下功能： 16 。系統(tǒng)在自動工作方式時 能自動控制供水水