工程案例展示:
真空管太陽熱水系統工作原理
(1)熱管真空管
熱管真空管的結構如圖所示。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 陽輻射能轉化為熱能。吸熱板吸收的熱量迅速將熱管內少量工質汽化,并迅速上升到冷凝 端,放出汽化潛熱后冷凝成液體,在重力作用下流回熱管蒸發端。利用熱管內少量工質的 汽—液相變循環過程可連續地將吸收的太陽能傳遞到冷凝端加熱水。為使熱管內冷凝后的 液體工質流回蒸發端,熱管真空管工作時與地面的傾角應大于10°。
(2)熱管真空管集熱器
熱管真空管集熱器結構示意圖。由該圖可見,每支熱管真空管的冷凝端通過導熱塊將熱量 傳遞給集管,不斷加熱其中的水。真空管的冷凝端與導熱塊剛性連接,被加熱水不流經真 空管,因此安裝十分簡單,即使真空管發生損壞,太陽集熱器的工作并不會因此而中斷。
(3)熱管真空管太陽熱水系統
熱管真空管熱水系統工作原理圖。熱管真空管集熱器吸收太陽輻射將水加熱,循環泵將儲 水箱中的低溫水輸入集熱器進行循環加熱。循環泵的工作由光控儀控制,當太陽輻照度達 不到設定值時,循環泵不工作;如當全天達不到設定輻照度時,也可由輔助加熱裝置進行 加熱。
2 系統主體設計的依據
在進行太陽熱水系統設計時必須掌握一些基本資料,作為設計的依據。
(1)用戶要求
主要包括:用水量、水溫、用水時間的要求;要不要輔助加熱,采用何種輔助能源。
(2)建筑物的情況
主要包括:熱水系統安裝平面(屋面)的具體尺寸,屋面荷載和承重梁分布情況,屋面正 南方向有無建筑物的遮擋,水源和電源情況;讓用戶提供屋頂平面和結構圖紙。
3 太陽熱水系統工程參數的確定
(1)系統的朝向
在北半球,集熱器陣列朝向正南。
(2)集熱器面積
(a)采用熱管真空管集熱器(在日照17000KJ/m2.d條件下),每平方米集熱 面(4支熱管真空管)從上午9時至下午3時,水溫設定在40—60℃時,春秋季產熱水量 60—70L/m2.d,夏季產熱水量70—80L/m2.d,冬季產熱水量50—60L/m2.d。
我們根據用戶的實際需要來選定平均日產水量。若系統全年使用,特別是要保證冬季的用 水量,推薦以50—60L/m2.d(水溫40℃以上)產水量為標準來確定集熱器面積。
(b)太陽熱水系統提供淋浴用熱水時,用水量可參照國家頒布的《室內給排水熱水供應 設計規范》的有關規定,水溫在40℃以上時,平均每人每次的用水量為35—40L。當然, 用水量還要根據用戶的要求最后確定。
(3)集熱器傾角
若系統全年使用,集熱器傾角推薦為:
α=當地緯度+(5°—10°)
(4)集熱器前后排間距
為了使集熱器相互不遮擋,前后排集熱器的間距可按表1確定。
(5)建筑物屋面荷載
安裝太陽熱水系統的建筑屋面,活荷載要求在150kg/m2以上。
4 集熱器的排列方式、水箱布置及管路設計
(1)集熱器的排列方式
集熱器的排列方式有串聯、串并聯和混聯,如圖所示。可按照需要選用。
(2)水箱的布置
首先,水箱應安裝在建筑的承重墩上,若沒有預留基礎承重墩,則應根據建筑結構圖了解 承重情況,將承重墩放置在承重梁(墻)上。同時還應考慮供水和取水管路應盡量短,與 水箱較近,避免過長的管路外露而發生凍裂。
(3)循環管路的設計
熱水系統中的循環管路主要是指從循環泵的吸水口經過集熱器集管,回到儲水箱的管路。 在循環管路的最高點要設置放氣管,放氣管應高出最高點600—800mm,整條管路要有一 定的斜度(>0.5%),目的是在循環泵停止運行時,使管路中的水能夠自動流回水箱。
5 系統設計
(1)系統平面布置
太陽熱水系統平面布置如圖所示。其中前后排集熱器間距L可由表1確定。
集熱器傾角α30°40°45°前后排集熱器間距L(mm)1800-2000 2500-3000.3000-3200n1、n2、n3為單排集熱器(單元)數,L為集熱器單排之間的間距
(2)系統基礎設計
系統基礎設計如圖所示。該圖主要標明集熱器和水箱基礎的尺寸及相對位置。若有屋面 結構圖,應標明這些尺寸與屋面結構圖中的相關基準的位置。
單排基礎墩的橫向距離為2000mm,若單排橫向距離總長度不是2000mm的整數倍時,最 后一對基礎墩之間的橫向距離應在2000mm之內,其具體的尺寸由圖6中L1、L2、L3的尺 寸確定。基礎的預埋板應進行超平,使其等高。
(3)集熱器支架設計
集熱器支架是根據系統布置圖中的集熱器排列方式和數量以及集熱器的傾角進行設計的。 主要確定集熱器傾角的標準單元支架(三角架),它通過橫拉筋現場焊接而成。其單排的 總長度由單排集熱器數確定,橫向支架整體斜度通過三角架之下支撐角鋼來進行調節,要 保證斜度>0.5%。
(4)水箱的結構設計
水箱容積的確定:以浮球閥控制的液面以下的水量作為水箱的容積大小。水箱內的管件主 要包括:與循環管路相連的上水循環管路(其間連有循環泵)、循環回水管、冷水上水管、熱水取水管、水箱排污管、溢流管、安裝探頭的焊接管箍等。
水箱內各管件相對位置設計應遵循的原則:(a)在系統運行時,熱水管取到最低液面時, 循環泵的吸水口總是處于液面以下,泵能正常工作,不會讓循環泵空轉;若有電加熱時, 電加熱的安裝位置應保證不進行干燒。(b)各管件應保證垂直方向的相對高度,水平方 向的位置可靈活布
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