太陽能熱利用課件-16

1、建筑工程學院市政工程系4/16/202214-5 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱利用太陽能熱利用4/16/2022245 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)應考慮的問題包括： 系統(tǒng)形式系統(tǒng)形式的選擇；集熱器形式集熱器形式的選擇；集熱器面積集熱器面積的確定；系統(tǒng)的保溫保溫；熱水裝置的防凍措施防凍措施；其它需要考慮的問題。 4/16/2022345 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題451 系統(tǒng)形式的選擇在選擇系統(tǒng)形式時，不必顧慮系統(tǒng)的流動方式對全天效率的影響，主要應根據(jù)用戶的要求用戶的要求(水溫水溫及用水時間用水

2、時間)因地制宜選擇系統(tǒng)形式；定溫放水直流式系統(tǒng)的優(yōu)點在于能提前得到溫度合乎要求的熱水提前得到溫度合乎要求的熱水，適合餐廳、理發(fā)店及對水溫有要求的場合；集熱器面積小于小于50m2的小型系統(tǒng)，宜采用自然循環(huán)自然循環(huán)系統(tǒng)；4/16/2022445 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題451 系統(tǒng)形式的選擇在設計自然循環(huán)式系統(tǒng)時，不應片面強調增大集熱器與水箱的高度差集熱器與水箱的高度差。為了防止蓄水箱中的熱水在夜間倒流散熱夜間倒流散熱，一般水箱底部比集熱器頂部高出高出0.30.5m為宜為宜；0.30.5m排污閥排污閥補水箱補水箱熱水箱熱水箱取水管取水管4/16/202254

3、51 系統(tǒng)形式的選擇設計強制循環(huán)式系統(tǒng)時，在保證熱水供水溫度條件下，應合理選擇水泵的流量和揚程流量和揚程，并在集熱器入口和出口處設置高度適宜的排氣孔高度適宜的排氣孔；45 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題排氣孔排氣孔4/16/2022645 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題451 系統(tǒng)形式的選擇對于家庭用太陽能熱水器，多使用悶曬式或整體自然循環(huán)式悶曬式或整體自然循環(huán)式系統(tǒng)；也可結合建筑結構特點，采用水箱與集熱器分離的分體式自然循環(huán)系統(tǒng)。悶曬式悶曬式分體式分體式集熱器集熱器蓄熱水箱蓄熱水箱4/16/2022745 太陽能熱水系統(tǒng)設計

4、中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題451 系統(tǒng)形式的選擇 家用太陽能熱水器的兩種常用形式兩種常用形式平板型平板型真空管型真空管型4/16/2022845 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題452 集熱器的選擇 研究結果指出： 對于春、夏、秋三季使用春、夏、秋三季使用的供生活熱水的太陽能熱水系統(tǒng)，選用一般的單層透明蓋板單層透明蓋板、普通黑漆涂層的平板集熱器普通黑漆涂層的平板集熱器即可滿足要求；在高緯度地帶全年使用的熱水系統(tǒng)高緯度地帶全年使用的熱水系統(tǒng)，需解決集熱器的冬季防凍冬季防凍問題；還應保證系統(tǒng)在冬季仍保持一定的有用能量收益，故應選用高效集熱器(如采

5、用選擇性吸收涂層選擇性吸收涂層、雙層透明蓋板雙層透明蓋板的平板型集熱器或真空管集熱真空管集熱器器)。4/16/2022945 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題453 集熱器面積的確定 集熱器面積的確定的步驟(1)選選定定熱熱水水系系統(tǒng)統(tǒng)形形式式(2)選選擇擇平平板板型型集集熱熱器器類類型型技術性能技術性能經(jīng)經(jīng) 濟濟 性性 集熱器的效率曲線集熱器的效率曲線熱水箱容量熱水箱容量水的初始溫度水的初始溫度結合當?shù)氐臍庀筚Y料結合當?shù)氐臍庀筚Y料適當?shù)臄?shù)學模型適當?shù)臄?shù)學模型(3)確確定定集集熱熱器器的的面面積積一般根據(jù)一般根據(jù)春秋季節(jié)春秋季節(jié)的氣的氣象數(shù)據(jù)確定集熱器面積象數(shù)據(jù)

6、確定集熱器面積4/16/20221045 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題453 集熱器面積的確定 熱水箱容熱水箱容量的確定量的確定國外多以貯存兩天的可以熱水量為標準；國外多以貯存兩天的可以熱水量為標準；國內一般以貯存當天的可以用水量為宜，并且暫國內一般以貯存當天的可以用水量為宜，并且暫不考慮使用輔助能源的加熱裝置。不考慮使用輔助能源的加熱裝置。 為便于工程估算，設計時可參照我國頒布的室內給排水熱力供室內給排水熱力供應設計規(guī)范應設計規(guī)范(TJIS74) 來確定用熱水量。 如：對沐浴用熱水(水溫40C)，規(guī)定每人每次每人每次3540L。集熱器每天每平方米的供熱水量

7、(水溫4550C) 約為為100L/(m2d)。4/16/20221145 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題454 系統(tǒng)的保溫 在太陽能熱水系統(tǒng)中，系統(tǒng)的保溫性能對系統(tǒng)熱效率的影響也很重要，特別是在高緯度地區(qū)高緯度地區(qū)，其影響更大。系統(tǒng)的系統(tǒng)的保保 溫溫一般情況下，蓄熱水箱的保溫層厚度一般情況下，蓄熱水箱的保溫層厚度以以2050mm為宜。為宜。管道保溫層的厚度應高于所用保溫材料管道保溫層的厚度應高于所用保溫材料與周圍環(huán)境對流散熱時的臨界半徑與周圍環(huán)境對流散熱時的臨界半徑rc。蓄蓄熱熱水水箱箱循循環(huán)環(huán)管管道道臨界半徑rc：0hrc式中：為保溫材料導熱系數(shù)；h0為管

8、子對外界的對流換熱系數(shù)。4/16/20221245 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題455 其它應考慮的問題 1、集熱器安裝傾角的選取 集熱器采光面應面朝赤道方向采光面應面朝赤道方向，根據(jù)不同的應用情況確定傾角：獲得最大的年日射總量(全年使用全年使用)，集熱器傾角近似取為當?shù)氐木暥龋辉诙精@得最佳日射量(主要為冬季使用主要為冬季使用)，集熱器傾角近似取為當?shù)氐木暥燃?0；在夏季獲得最佳日射量(主要為夏季使用主要為夏季使用)，集熱器傾角近似取為當?shù)氐木暥葴p10。4/16/202213455 其它應考慮的問題 2、自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)設計與安裝應注意的問題(1)

9、循環(huán)管路應盡量緊湊管路應盡量緊湊，上循環(huán)管要避免向上彎曲后再向下彎曲避免向上彎曲后再向下彎曲，以免隆起部位引起氣塞現(xiàn)象引起氣塞現(xiàn)象，阻止水循環(huán)的暢通；45 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題4/16/20221445 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題455 其它應考慮的問題 2、自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)設計與安裝應注意的問題(2) 蓄水箱頂部頂部應有排氣孔頂部應有排氣孔，使水在加熱過程中析出的空氣及能排出，以免水箱承壓；蓄水箱底部應有排污閥箱底部應有排污閥；排氣孔排氣孔排污閥排污閥4/16/202215455 其它應考慮的問題 2、自

10、然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)設計與安裝應注意的問題(3) 上循環(huán)管至蓄水箱的開口位置上循環(huán)管至蓄水箱的開口位置，應與系統(tǒng)的補水方式補水方式結合起來考慮。45 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題1/51/6HHH1/21/3H4/16/20221645 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題456 太陽能熱水系統(tǒng)的防凍問題 在高緯度地區(qū)或嚴寒地區(qū)高緯度地區(qū)或嚴寒地區(qū)使用的太陽能熱水系統(tǒng)，冬季夜間集熱器內的水，可導致吸熱板脹裂吸熱板脹裂。因此，在設計或運行使，需考慮防凍措施。目前采用的防凍措施主要包括：在結冰季節(jié)、特別是夜間，將集熱器中的水排空，使系

11、統(tǒng)停止工作； (不增加額外投資，但系統(tǒng)全年利用率降低。)(2) 在集熱器內裝設自動排空裝置，當吸熱管內的水溫降至0C時，自動開啟電磁閥將水排空；4/16/20221745 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題456 太陽能熱水系統(tǒng)的防凍問題 (3) 在集熱器附設罩蓋，冬天晚上將蓋子蓋上；(適用于在家庭用的小型熱水裝置上采用。)(4) 對于強制循環(huán)可采用采用“落水式落水式”系統(tǒng)系統(tǒng)，即將水箱置于集熱器下方，系統(tǒng)為開式，與大氣相通。當泵停止運轉式，集熱器中的水全部留回蓄水箱；(5) 采用防凍介質的復合回路系統(tǒng)復合回路系統(tǒng)，由集熱器與熱交換器構成第一回路，此回路采用防凍的

12、傳熱介質；蓄熱水箱自成一供熱水系統(tǒng)。4/16/20221845 太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)設計中應考慮的問題單 向 閥熱交換器集 熱 器水 箱水 泵水 泵ToTiTf,iTf,o采用防凍傳熱介質的復合回路系統(tǒng)采用防凍傳熱介質的復合回路系統(tǒng)單 向 閥集 熱 器水 泵Tf,iTf,o熱水箱采用防凍傳熱介質的復合回路系統(tǒng)采用防凍傳熱介質的復合回路系統(tǒng) 這種防凍熱水系統(tǒng)運行安全可靠，使用方便；但由于增加了防凍介質及換熱器，系統(tǒng)成本增加成本增加，集熱效率下降集熱效率下降。4/16/2022194-6 家用器性能試驗太陽能熱利用太陽能熱利用4/16/202220461 熱性能試驗內容

13、根據(jù)GB/T12915-91家用太陽能熱水器熱性能測試包括下列項目 平均日效率 (用于表示熱水器的集熱性能) 平均熱損系數(shù) (用于表示熱水器的保溫性能)(1) 非穩(wěn)態(tài)效率 (反應集熱器的運行規(guī)律) 46 家用太陽能熱水器性能實驗家用太陽能熱水器性能實驗462 平均日效率的測定方法 平均日效率的定義：一天中有太陽輻照的時段內，貯水箱中熱水所獲得的熱量與照射在集熱器采光面積上的太陽能輻射能之比。4/16/20222146 家用太陽能熱水器性能實驗家用太陽能熱水器性能實驗 平均日效率d的計算： 式中：M貯水箱中的水量，kg； Ac集熱器的采光面積，m2； ts與te分別為測量起始與終了時刻熱水溫度，

14、C； H累計太陽輻照量，J/m2； cp 水的定壓比熱，J/kgC。HAttMccsepd4/16/20222246 家用太陽能熱水器性能實驗家用太陽能熱水器性能實驗1 實驗裝置 測試系統(tǒng)示意圖測試系統(tǒng)示意圖4/16/2022232 試驗條件試驗期間，不得有陰影落在集熱器上，也不應有從反射率大于0.2的其它表面反射的太陽輻射落在集熱器上。集熱器采光面上全天的累計太陽輻照量應大于17000kJ/m2；試驗期間平均環(huán)境溫度大于15 oC ，小于30 oC；試驗期間環(huán)境風速應小于4m/s。46 家用太陽能熱水器性能實驗家用太陽能熱水器性能實驗4/16/20222446 家用太陽能熱水器性能實驗家用太

15、陽能熱水器性能實驗3 測量儀表總日射表的時間常數(shù)小于5s，非線性誤差不應大于1.5，累計日射記錄儀的誤差不超過1；用于測量水溫的鉑電阻、熱電偶或其它溫度計的誤差不大于0.2 oC，用于測量環(huán)境溫度的水銀溫度計或鉑電阻溫度計誤差不應大于0.2 oC。用于測量貯水量的磅秤或計量筒的誤差小于1 ；貯水量按貯水箱所能放出的最大水量計算。4/16/20222546 家用太陽能熱水器性能實驗家用太陽能熱水器性能實驗4 測量步驟熱水器面向正南，并按實際使用時的傾角放置；熱水器應在試驗前1h或試驗前一天的日落后進行，每平方米采光面積所對應的貯水量應不超過100kg；在貯水箱內應按容積等分的原則自上而下布置3個以上的溫度傳感器，以各點的算術平均值代表真實的水溫；全天總的測試時間一般為8h。4/16/20222646 家用太陽能熱水器性能實驗家用太陽能熱水器性能實驗463 平均熱損系數(shù)的測定方法 平均熱損系數(shù)的定義：在無太陽輻照條件下，單位時間、單位采光面積、集熱器貯水溫度與環(huán)境溫度之間單位溫差的平均熱量損失。1 平均熱損系數(shù)的計算 amcpLttAtt