关于太阳能热水系统研究

来源:用户上传      作者:

　　中图分类号：S214文献标识码：A 文章编号：
　　摘要：太阳能作为一种新型能源,很大程度上减少了天然气等能源由于燃烧不充分给环境造成的污染。本文阐述了太阳能热水系统的设计，结合相关设备基本原理及性能等内容，提出了太阳能热水系统作为热水预热的节约思想。
　　Abstract::Solar energy as the one kind of new energy, to a great extent, reduce the gas and energy by burning not fully to environmental pollution..This paper expounds the solar hot water system design, combined with the basic principle and related equipment performance and so on contents, puts forward the solar hot water system as hot water preheated save thought.
　　
　　关键词：太阳能；热水系统；集热器
　　太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。
　　一、太阳能热水系统的种类
　　太阳能热水系统可以根据进水是直接加热，又或者是通过热交换器间接加热，而分为两大类：直接式和间接式。
　　（一）直接式：在直接式系统中，冷水进水直接流经太阳能集热器中加热，再回到贮热水罐中。系统简单，容易安装，成本低廉，适用于水质良好（软水）地区，但是若用于水质不好的地区，设备会产生水垢，导致水流阻塞淤积现象，一旦发生这种情形，集热器就必须更换。
　　（二）间接式：在间接式系统中，冷水进水不是经太阳能集热器直接
　　加热，而是由特殊的工作介质（如氟利昂，丙二醇，蒸馏水等）在集热器中（即闭环回路）循环流动。此工作介质会流经半容积式/容积式的热交换器，把热量带到进水中。这种系统是改良型的加热法，可以适用于各种不同的水质，不会有石灰质阻塞的情形。此系统适用于大型系统。
　　（三）直接式和间接式太阳能热水系统比较
　　直接式和间接式优缺点分述如下：
　　
　　
　　二、太阳能集热器的基本原理、类型和选择
　　（一）集热器的基本原理
　　太阳的热力以红外辐射的形式传播，波长大约介乎0.78微米至2.5微米之间。集热器的功能是吸收红外辐射，并把热能传送到传热液体（通常是水）作加热用途。
　　集热器可以有不同的设计，但一般都有吸热面、传热液体喉管及放置这些组件的隔热外壳。
　　1.吸热面：量度太阳能强度的单位通常是瓦特/平方米或兆焦/平方米。吸热面是用来吸收太阳能的面层范围，通常是热传导率高的金属（如铜或铝）。辐射热传导很受吸热面的吸收特性影响，因此吸热面的涂层通常是深色的。某些集热器采用较先进的涂层（如选择性涂层），集中吸收某一波长范围内的辐射，以提高吸热面的效率。
　　2.传热液体喉管：传热液体喉管提供通道，让传热液体流经吸热面，并从吸热面吸收热量。喉管通常是薄金属管网络，连接到吸热面，以传送热量。用于把水加热的集热器传热液体通常是水。
　　3.隔热外壳：外壳容纳所有组件，构成整个太阳能集热器。外壳通常可隔热，以尽量避免热量透过传导及对流散失到四周环境。在寒冷或大风的季节，吸热面与四周空气的温差大，隔热外壳就尤其重要。传热液体与四周的温差是热量散失的主因，因此如太阳能集热器需把水加热到高温，通常须具备较佳的隔热能力。
　　（二）太阳能集热器类型
　　1.平板型太阳能集热器
　　平板型太阳能集热器数十年来都是太阳能集热器的传统设计，集热器尺寸差不多等于吸热面的面积。外壳内置隔热材料，前面让太阳辐射照射。外壳前面不隔热，可安装或不安装玻璃，但前面安装玻璃的集热器可减少热量散失，但太阳辐射经过玻璃时亦会有损失。传热液体流经连接到吸热面的管道，以吸收热能。整个太阳能热水系统可由以串联及/或并联方式连结的平板型太阳能集热器模组组成。
　　2.真空管太阳能集热器
　　真空管太阳能集热器呈管型，利用真空来隔热。真空的隔热效果良好，可尽量避免热能透过传导及对流散失到四周环境，而清澈的玻璃面则可有效传送太阳辐射。每个集热器模组由二三十支管组成，这些管把热能传送给总喉管。集热器由两支同心玻璃管构成，把玻璃管之间的空间密封并抽真空，成为真空外套。吸热面及传热液体流经的热管位于内玻璃管内，外套成为隔热层，减少因传导及对流造成的热量散失。为增加吸收太阳辐射的效率，内玻璃管的外表面通常有一层选择性涂层。
　　（三）集热器性能
　　
　　
　　每平方米1000瓦的大阳辐照强度下平均温差与转换效率之间关系曲线
　　由上图可知，全玻璃真空管集热器由于热损失系数比较低，在吸热体与周围环境温差较大时，全玻璃真空管集热器的转换效率比平板式集热器较高一些。
　　
　　三、太阳能热水系统设计
　　对于高级度假酒店，热水系统的水质、水量、水压要求通常很高。从本文以上内容得知，虽然间接式太阳能热水系统的造价比较高，但是在高水质、少结水垢问题、稳定系统水压的方面来看，间接式太阳能热水系统是一个较合适的选择。通过采用双储水装置进行间接加热系统（预热型系统），在系统预热循环管路上设预热换热器，再于太阳能集热器和预热换热器之间设循环泵，根据水温控制循环泵启停，把预热换热器中的水不断加热，充分利用太阳能把预热水温度尽量提高（拟从15℃预热到45℃），以减少半容积式换热器的蒸汽或热水热媒用量，来达到节能效果，充分体现以太阳能为主、常规锅炉为辅的节约思想。
　　太阳能热水技术是一项发展成熟的可再生能源技术，并已在全球许多地方广泛应用，在日照时间长的地区，太阳能资源丰富，可以考虑尽量利用以达到节能的目标。
　　
　　参考文献：
　　1.黄玉珠,王峰.建筑给水排水设计标准的应用分析[J].中国给水排水，2012(10).
　　2.张淼,徐风.建筑给排水设计规范[M].中国计划出版社，2010年5月第1版.

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-4064357.htm