太陽能熱利用課件-16

4-5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題太陽能熱利用4/3/202314－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)考慮的問題包括：系統(tǒng)形式的選擇；集熱器形式的選擇；集熱器面積的確定；系統(tǒng)的保溫；熱水裝置的防凍措施；其它需要考慮的問題。4/3/202324－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－1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(yīng)根據(jù)用戶的要求(水溫及用水時間)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，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50m2的小型系統(tǒng)，宜采用自然循環(huán)系統(tǒng)；4/3/202334－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－1系統(tǒng)形式的選擇在設(shè)計自然循環(huán)式系統(tǒng)時，不應(yīng)片面強調(diào)增大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，一般水箱底部比集熱器頂部高出0.3～0.5m為宜；0.3～0.5m排污閥補水箱熱水箱取水管4/3/202344－5－1系統(tǒng)形式的選擇設(shè)計強制循環(huán)式系統(tǒng)時，在保證熱水供水溫度條件下，應(yīng)合理選擇水泵的流量和揚程，并在集熱器入口和出口處設(shè)置高度適宜的排氣孔；4－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題排氣孔4/3/202354－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－1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)式系統(tǒng)；也可結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點，采用水箱與集熱器分離的分體式自然循環(huán)系統(tǒng)。悶曬式分體式集熱器蓄熱水箱4/3/202364－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－1系統(tǒng)形式的選擇家用太陽能熱水器的兩種常用形式平板型真空管型4/3/202374－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－2集熱器的選擇研究結(jié)果指出：對于春、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、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)，需解決集熱器的冬季防凍問題；還應(yīng)保證系統(tǒng)在冬季仍保持一定的有用能量收益，故應(yīng)選用高效集熱器(如采用選擇性吸收涂層、雙層透明蓋板的平板型集熱器或真空管集熱器)。4/3/202384－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－3集熱器面積的確定

集熱器面積的確定的步驟(1)選定熱水系統(tǒng)形式(2)選擇平板型集熱器類型技術(shù)性能經(jīng)濟性集熱器的效率曲線熱水箱容量水的初始溫度結(jié)合當?shù)氐臍庀筚Y料適當?shù)臄?shù)學模型(3)確定集熱器的面積一般根據(jù)春秋季節(jié)的氣象數(shù)據(jù)確定集熱器面積4/3/202394－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－3集熱器面積的確定熱水箱容量的確定國外多以貯存兩天的可以熱水量為標準；國內(nèi)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。

為便于工程估算，設(shè)計時可參照我國頒布的《室內(nèi)給排水熱力供應(yīng)設(shè)計規(guī)范》(TJIS－74)來確定用熱水量。如：對沐浴用熱水(水溫40?C)，規(guī)定每人每次35－40L。集熱器每天每平方米的供熱水量(水溫45－50?C)約為100L/(m2·d)。4/3/2023104－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－4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)，其影響更大。系統(tǒng)的保溫一般情況下，蓄熱水箱的保溫層厚度以20－50mm為宜。管道保溫層的厚度應(yīng)高于所用保溫材料與周圍環(huán)境對流散熱時的臨界半徑rc。蓄熱水箱循環(huán)管道臨界半徑rc：式中：λ為保溫材料導熱系數(shù)；h0為管子對外界的對流換熱系數(shù)。4/3/2023114－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－5其它應(yīng)考慮的問題1、集熱器安裝傾角的選取集熱器采光面應(yīng)面朝赤道方向，根據(jù)不同的應(yīng)用情況確定傾角：獲得最大的年日射總量(全年使用)，集熱器傾角近似取為當?shù)氐木暥?；在冬季獲得最佳日射量(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)，集熱器傾角近似取為當?shù)氐木暥葴p10?。4/3/2023124－5－5其它應(yīng)考慮的問題2、自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計與安裝應(yīng)注意的問題(1)循環(huán)管路應(yīng)盡量緊湊，上循環(huán)管要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，阻止水循環(huán)的暢通；4－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4/3/2023134－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－5其它應(yīng)考慮的問題2、自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計與安裝應(yīng)注意的問題(2)蓄水箱頂部頂部應(yīng)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(yīng)有排污閥；排氣孔排污閥4/3/2023144－5－5其它應(yīng)考慮的問題2、自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計與安裝應(yīng)注意的問題(3)上循環(huán)管至蓄水箱的開口位置，應(yīng)與系統(tǒng)的補水方式結(jié)合起來考慮。4－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題1/5～1/6HHH1/2～1/3H4/3/2023154－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－6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)使用的太陽能熱水系統(tǒng)，冬季夜間集熱器內(nèi)的水，可導致吸熱板脹裂。因此，在設(shè)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(jié)冰季節(jié)、特別是夜間，將集熱器中的水排空，使系統(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(nèi)裝設(shè)自動排空裝置，當吸熱管內(nèi)的水溫降至0?C時，自動開啟電磁閥將水排空；4/3/2023164－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題4－5－6太陽能熱水系統(tǒng)的防凍問題

(3)在集熱器附設(shè)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“落水式”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(zhuǎn)式，集熱器中的水全部留回蓄水箱；(5)采用防凍介質(zhì)的復合回路系統(tǒng)，由集熱器與熱交換器構(gòu)成第一回路，此回路采用防凍的傳熱介質(zhì)；蓄熱水箱自成一供熱水系統(tǒng)。4/3/2023174－5太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題采用防凍傳熱介質(zhì)的復合回路系統(tǒng)采用防凍傳熱介質(zhì)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(zhì)及換熱器，系統(tǒng)成本增加，集熱效率下降。4/3/2023184-6家用器性能試驗太陽能熱利用4/3/2023194－6－1熱性能試驗內(nèi)容根據(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)

非穩(wěn)態(tài)效率

(反應(yīng)集熱器的運行規(guī)律)4－6家用太陽能熱水器性能實驗4－6－2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(nèi)，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。4/3/2023204－6家用太陽能熱水器性能實驗平均日效率ηd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，?C；

Hθ－累計太陽輻照量，J/m2；

cp－水的定壓比熱，J/kg?C。4/3/2023214－6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4/3/2023222試驗條件試驗期間，不得有陰影落在集熱器上，也不應(yīng)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(yīng)大于17000kJ/m2；試驗期間平均環(huán)境溫度大于15oC

，小于30oC；試驗期間環(huán)境風速應(yīng)小于4m/s。4－6家用太陽能熱水器性能實驗4/3/2023234－6家用太陽能熱水器性能實驗3測量儀表總?cè)丈浔淼臅r間常數(shù)小于5s，非線性誤差不應(yīng)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±0.2oC，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(yīng)大于±0.2oC。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。4/3/2023244－6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(yīng)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(yīng)的貯水量應(yīng)不超過100kg；在貯水箱內(nèi)應(yīng)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(shù)平均值代表真實的水溫；全天總的測試時間一般為8h。4/3/2023254－6家用太陽能熱水器性能實驗4－6－3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)的計算式中：4/3/2023264－6家用太陽能熱水器性能實驗2測試平均熱損系數(shù)的