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      3.   太陽能熱水系統

          太陽能熱水系統是利用太陽能集熱器,收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置,是目前太陽熱能應用發展中最具經濟價值、技術最成熟且已商業化的一項應用產品。 太陽能熱水系統的分類以加熱循環方式可分為:自然循環式太陽能熱水器、強制循環式太陽能熱水系統、儲置式太陽能熱水器等三種。

          使用目的

          1.環保效益——相對于使用化石燃料制造熱水,能減少對環境的污染及溫室氣體-二氧化碳的產生。
          2.節省能源——太陽能是屬于每個人的能源,只要有場地與設備,任何人都可免費使用它。
          3.安全——不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危險,或使用燃料油鍋爐有爆炸的顧慮,或使用電力會有漏電的可能。
          4.不占空間——不需專人操作自動運轉。另外,太陽能集熱器裝在屋頂上,不會占用任何室內空間。
          5.具經濟效益——正常的太陽能熱水器是不易損壞,壽命至少在十年以上,甚至有到二十年的,因為基本熱源為免費的太陽能,所以使用它十分符合經濟成本效益。

          系統組成

          集熱器
          系統中的集熱元件,其功能相當于電熱水器中的電加熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是,太陽能集熱器利 用的是太陽的輻射熱量,故而加熱時間只能在有太陽照射的白晝,所以有時需要輔助加熱,如鍋爐、電加熱等。
          保溫水箱
          和電熱水器的保溫水箱一樣,是儲存熱水的容器。因為太陽能熱水器只能白天工作,而人們一般在晚上才使用熱水,所以必須通過保溫水箱把集熱器在白天產出的熱水儲存起來。容積是每天晚上用熱水量的總和。采用搪瓷內膽承壓保溫水箱,保溫效果好,耐腐蝕,水質清潔,使用壽命可長達20年以上。
          連接管路
          將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫水箱輸送到集熱器的通道,使整套系統形成一個閉合的環路。設計合理、連接正確的循環管道對太陽能系統是否能達到最佳工作狀態至關重要。熱水管道必須做保溫防凍處理。管道必須有很高的質量,保證有20年以上的使用壽命。
          控制中心
          太陽能熱水系統與普通太陽能熱水器的區別就是控制中心。作為一個系統,控制中心負責整個系統的監控、運行、調節等功能,的技術已經可以通過互聯網遠程控制系統的正常運行。
          太陽能熱水系統控制中心主要由電腦軟件及變電箱、循環泵組成。
          熱交換器
          板殼式全焊接換熱器吸取了可拆板式換熱器高效、緊湊的優點,彌補了管殼式換熱器換熱效率低、占地大等缺點。板殼式換熱器傳熱板片呈波狀橢圓形,圓形板片增加熱長,大大提高傳熱性能。廣泛用于高溫、高壓條件的換熱工況。

          防凍

          太陽能熱水系統中的集熱器及其置于室外的管路,在嚴冬季節常常因積存在其中的水結冰膨脹而脹裂損壞,尤其是高緯度寒冷地區,因此必須從技術上考慮太陽能熱水系統的“越冬”防凍措施。常用的太陽能熱水系統防凍措施大致有以下幾種。
          集熱器
          集熱器是太陽能熱水系統中必須暴露在室外的重要部件,如果直接選用具有防凍功能的集熱器,就可以避免對集熱器在嚴冬季節凍壞的擔憂。
          熱管式真空管集熱器以及內插管的全玻璃真空管集熱器都屬于具有防凍功能的集熱器,因為被加熱的水都不直接進入真空管內,真空管的玻璃罩管不接觸水,再加上熱管本身的工質容量又很少,所以即使在零下幾十攝氏度的環境溫度下真空管也不凍壞。
          另一種具有防凍功能的集熱器是熱管平板集熱器,它跟普通平板集熱器的不同之處在于,吸熱板的排管位置上用熱管代替,以低沸點、低凝固點介質作為熱管的工質,因而吸熱板也不會凍壞,不過由于熱管平板集熱器的技術經濟性能不及上述真空管集熱器,應用尚不普遍。
          雙循環
          雙循環系統(或稱雙回路系統)就是在太陽能熱水系統中設置換熱器,集熱器與換熱器的熱側組成第一循環(或稱第一回路),并使用低凝固點的防凍液作傳熱工質,從而實現系統的防凍。雙循環系統在自然循環和強制循環兩類太陽能熱水系統中都可以使用。
          在自然循環系統中,盡管第一回路使用了防凍液,但由于貯水箱置于室外,系統的補冷水箱與供熱水管也部分敷設在室外,在嚴寒的冬夜,這些室外管路雖有保溫措施,但仍不能保證避免管中的水不結冰。因此,在系統設計時需要考慮采取某種設施,在用畢后使管路中的熱水排空。例如采用虹吸式取熱水管,兼作補冷水管,在其頂部設通大氣閥,控制其開閉,實現該管路的排空。
          回流系統
          在強制循環的單回路系統中,一般采用溫差控制循環水泵的運轉,貯水箱通常置于室內(底層或地下室)。冬季白天,在有足夠的太陽輻照時,溫差控制器開啟循環水泵,集熱器可以正常運行;夜晚或陰天,在太陽輻照不足時,溫差控制器關閉循環水泵,這時集熱器和管路中的水由于重力作用全部回流到貯水箱中,避免因集熱器和管路中的水結冰而損壞;次日白天或太陽輻照再次足夠時,溫差控制器再次開啟循環水泵,將貯水箱內的水重新泵入偏執器中,系統可以繼續運行。這種防凍系統簡單可靠,不需增設其他設備,但系統中的循環水泵要有較高的揚程。
          近幾年,國外開始將回流防凍措施應用于雙回路系統,其第一回路不使用防凍液而仍使用水作為集熱器的傳熱介質。當夜晚或陰天太陽輻照不足時,循環水泵自動關閉,集熱器中的水通過虹作用流入專門設置的小貯水箱中,待次日白天或太陽輻照再次足夠時,重新泵入集熱器,使系統繼續運行。
          排放系統
          在自然循環或強制循環的單回路系統中,在集熱器吸熱體的下部或室外環境溫度最低處的管路上埋設溫度敏感元件,接至控制器。當集熱器內或室外管路中的水溫接近凍結溫度(3~4℃)時,控制器將根據溫度敏感元件傳送的信號,開啟排放閥和通大氣閥,集熱器和室外管路中的水由于重力作用排放到系統外,不再重新使用,從而達到防凍的目的。
          自動循環
          在強制循環的單回路系統中,在集熱器吸熱體的下部或室外環境溫度最低處的管路上埋置溫度敏感元件,接至控制器。當集熱器內或室外管路中的水溫接近凍結溫度(如3~4℃)時,控制器打開電源,啟動循環水泵,將貯水箱內的熱水送往集熱器,使集熱器和管路中的水溫升高。當集熱器或管路中的水溫升高到某設定值(或當水泵運轉某設定時段)時,控制器關斷電源,循環水泵停止工作。這種防凍方法由于要消耗一定的動力以驅動循環水泵,因而適用于偶爾發生冰凍的非嚴寒地區。
          自限式
          在自然循環或強制循環的單回路系統中,將室外管路中最易結冰的部分敷設自限式電熱帶。它是利用一個熱敏電阻設置在電熱帶附近并接到電熱帶的電路中。當電熱帶通電后,在加熱管路中水的同時也使熱敏電阻的溫度升高,隨之熱敏電阻的電阻增加;當熱敏電阻的電阻增加到某個數值時,電路中斷,電熱帶停止通電,溫度逐步下降。這樣無數次重復,既保證室外管路中的水不結冰,又防止電熱帶溫度過高造成危險。這種防凍方法也要消耗一定的電能,但對于十分寒冷的地區還是行之有效的。
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