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太陽能熱水工程系統的運行原理及優缺點
添加時間:2019-03-19
太陽能光熱行業,從太陽能熱水器發展至今,太陽能熱水工程大家也應該都慢慢的有所了解。不過可能很多朋友可能還只是了解一些基本情況,其實太陽能熱水工程有很多種,首先主材料就有很多種,有真空管的,有平板的。另外,從太陽能工程系統的運行原理及模式方面來區分又可分為很多不同的工程系統,采用相同材料,但太陽能熱水工程的運行控制系統不同的話,結果也會有很大差別的。在這里,我們根據現階段行業內常用的七種太陽能熱水工程系統來分別簡述一下各系統的運行原理及優缺點。

一、定溫放水系統
太陽能定溫放水系統
運行原理:定溫放水系統(見圖)是應用較為廣泛的太陽能熱水工程運行方式,大、小型太陽能熱水工程均適用。在太陽光照條件下,在太陽能集熱器的出水末端增加一個溫度探頭(水箱內的水位可以采用機械浮球控制也可以采用控制器控制水位探頭)。

當太陽能集熱器內的水溫達到設定值時,控制器發出信號,控制打開電磁閥,冷水把已經達到設定溫度的熱水頂入儲熱水箱并儲存起來;當太陽能集熱器內水溫低于設定值時,控制器使電磁閥自動關閉。如此不斷循環使儲熱水箱內的高溫水不斷增多,當儲熱水箱內的水位達到最大水位時,系統關閉,不再進水。

優點:系統運行相對自然循環系統產熱水速度大大提高,系統運行由控制器控制,智能化程度提高,系統相對比較穩定。

缺點:對儲熱水箱保溫性能要求高,當儲熱水箱內的水溫降低而儲熱水箱又處于滿水位時,無法使太陽能集熱器內的高溫水繼續進入水箱,造成浪費。另外,系統增加控制器及溫度探頭,設備維護費用提高。

二、自然循環系統
太陽能自然循環系統
自然循環系統(見圖)是最原始的太陽能熱水工程運行方式,在太陽能技術開發初期應用極為廣泛,目前在大型太陽能熱力工程中已經被擯棄。

運行原理:在太陽光照條件下,太陽能真空管吸熱加熱管內的水,但與儲熱水箱內的水溫相比,水溫差距較大。因此太陽能集熱器內水的體積質量減小變輕,開始慢慢上升到高位的儲熱水箱中,而儲熱水箱內的水由于溫度低,因此體積質量增大變重,水自然流回處于較低位的太陽能集熱器內。如此不斷地循環,使儲熱水箱內的水溫逐漸升高,但這是一個緩慢的過程。儲熱水箱內的水位通常采用機械浮球控制。

優點:運行方式簡單,投資小,設備維護費用少,適合單機太陽能熱水器。

缺點:儲熱水箱必須要高于太陽能集熱器,而且高度差要大,通常1m~2m。儲熱水箱內的水升溫比較緩慢,而且對管道和坡度都有嚴格的要求,不宜做成較大(30m2以內)的太陽能熱水工程。

三、溫差循環系統
太陽能溫差循環系統
運行原理:溫差循環系統(見圖)在大型太陽能熱力工程中基本都采用。在太陽光照條件下,在太陽能集熱器的出水末端和儲熱水箱內均增加一個溫度探頭,采用控制器控制,通過設定溫差控制功能,當太陽能集熱器內的水溫與儲熱水箱中的水溫之差達到設定值時,控制器開始動作,控制啟動熱水循環泵,把太陽能集熱器中的高溫水和儲熱水箱中的低溫水交換循環;當太陽能集熱器中的水溫與儲熱水箱中的水溫之差低于設定值時,控制器開始動作,停止熱水循環泵工作;如此不斷循環,從而使整個儲熱水箱中的水溫升高。

優點:系統運行相對定溫放水系統產熱水速度又大大提高,通過采用循環泵,換熱頻率提高,可以始終保持儲熱水箱內的水溫相對較高,大大提高了太陽能集熱器的利用率。

缺點:增加了熱水循環泵,系統投資費用相對較高。系統維護費用也相應的提高。

四、定溫放水+溫差循環系統
太陽能定溫放水+溫差循環系統
運行原理:定溫放水+溫差循環系統(見圖)采用定溫放水,使進入儲熱水箱內的水始終是某一較高溫度值,當儲熱水箱內的水溫降低時,采用溫差循環控制系統,使儲熱水箱內的水和太陽能集熱器內的水交換。從而始終保持儲熱水箱內的水溫為較高溫度,同時可以采用輔助熱源,這樣就能保證全天候產熱水。

優點:系統可以完全智能化,而且運行費用比單獨溫差循環系統大大降低,最大限度地提高了太陽能集熱器的利用率,采用輔助熱源即可保證任意時刻的熱水供應,不受天氣限制。

缺點:系統對控制器功能要求高,系統投資費用較高,設備維護費用相對較高。

五、副水箱上水定溫放水系統
太陽能副水箱上水定溫放水系統
運行原理:副水箱上水定溫放水系統(見圖)在定溫放水基礎上的創新,可以用于典型系統的2、4方式中。基本原理同定溫放水系統一致,只是上水的方式有所改變,即采用副水箱上水,自來水先進副水箱,然后水再從副水箱進至太陽能集熱器,下面的方式就同定溫放水系統一致了。

優點:可以克服自來水壓力不穩定的問題,避免了壓力過大,損壞水箱的問題。

缺點:系統投資成本增加,副水箱體積大小要經過合理計算。

六、定溫分區供水
太陽能定溫分區供水
運行原理:定溫分區供水(見圖)是在“定溫放水+溫差循環系統”的基礎之上產生的。這種系統運行方式通常是在不采用輔助熱源的情況下使用。自來水先進入儲熱水箱,通過儲熱水箱內的水溫水位探頭將儲熱水箱分為若干個高度區域,首次使用自來水上水至一小高度區域,通過“定溫放水+溫差循環系統”的方式使這一小區域水溫較快升高,然后溫度達到設定值,控制器打開電磁閥,儲熱水箱內的水再上升至一小高度區域,然后水溫再升高,再進水,如此不斷循環,使水溫保持在固定范圍內的情況不斷提高儲熱水箱內的水位。我們稱這種方式為定溫分區供水。

優點:提高太陽能集熱器利用率,水溫提升速度大大提高,儲熱水箱內的水溫始終保持在一固定范圍內,節省能源利用。

缺點:需要通過具體數據計算來設定分區的大小。

例如:設定水溫55℃,最低水溫45℃,也就是首先計算太陽能集熱器內滿水時的體積V,然后計算太陽能集熱器滿水時水溫由55℃降到45℃所釋放的熱量Q,再計算Q可以使多大體積(V1)的水從15℃升高至55℃。然后通過儲熱水箱的總體積和V1來確定分區的大小及數量。

七、定溫管道循環系統
太陽能定溫管道循環系統
運行原理:定溫管道循環系統(見圖)在使用熱水的供熱水末端增加一溫度探頭,自動檢測供水末端管路水溫,當水溫低于設定溫度時,控制器開始動作,控制啟動管道熱水循環泵,把管路中的水與儲熱水箱中的水交換,從而使管路中的水溫不低于設定值,用戶一打開水龍頭就是熱水。

優點:滿足現代人24小時全天候熱水需求,可以有效地防止管道被凍壞。

缺點:增加初始投資費用,系統運行費用提高,控制功能相應增加。

以上就是一些常用或常見的幾種太陽能熱水工程系統運行方式。太陽能工程的運行系統也是隨著人們生活水平提高,對生活熱水的需求量越來越高,從而工程運行系統也是在不斷改進完善。

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