太陽能熱水器系統工程設計培訓(存儲版)

　　

【正文】 直，也得不到太多的太陽輻射能；而在另一季節，經常是晴朗天氣，太陽輻射量相對較多，在此時段內，由于太陽光線與集熱器采光面不垂直，從而失去了得到較多太陽輻射能的機會。儲熱水箱的作用就是儲存太陽集熱器產生的熱水 貯水箱設計 貯水箱的容積確定 儲熱水箱的容量 V應根據其蓄熱容量 VX、 熱水膨脹量 VP和循環回流水量 VH等因素確定 。 儲熱水箱應選擇體面比最小的形狀 。在高度相同的的條件下，長度與寬度相等時，體面比最小。 通氣孔 ：常壓水箱應留有通氣孔，以避免形成負壓，使水箱受損，并使下水通暢 排污口： 排污口應留在水箱最低的位置，以利于排污。 其它開口： 有些系統還需預留測量水溫、水位、壓力的開口。 對于自然循環系統 ， 下循環口兼有下循環管的自動排氣功能 ， 因此 ，其在水箱內的開口方向應水平 ， 不能向下 ， 否則將造成下循環管無法自動排氣而使系統無法自動循環 。 系統整體布局的原則與方法 布局形式（ 1） 前后布局 一般情況下 ， 集熱器在前面 ， 水箱在后面 ， 以避免水箱遮光 。 因為 ， 水箱是太陽熱水系統最重的負載 ， 因此 ， 水箱的放置位置應考慮該位置的承載能力能否能滿足水箱裝滿水后的承重需求 。 ② 有縫鋼管 焊接鋼管通常稱為有縫鋼管（水煤氣管）。 系統管路選擇與設計 常用管材選擇（ 2） 新型管材 ① 聚氯乙烯 (PVC)和硬聚氯乙烯 (UPVC)管材 具有良好的耐老化和耐化學腐蝕性能 ， 可在 15～ 60℃ 之間使用 30～ 50年 。 PEX比 PB管材價格低 30～ 50%。 塑覆銅管一般是用含銅量 %的無縫 T2紫銅管為基體 ， 外壁覆上具有特殊造型的聚乙烯為主體及其它多種添加劑的保溫層 ， 經物理和化學反應相結合而成的的新一代供水管材 ， 特別適合用做熱水管 。截止閥流體阻力大，調壓作用明顯，但不宜用在輸送粘性介質的管道上。通過改變蝶閥的旋轉角度，可以分級控制流量。 系統管路選擇與設計 常用閥門選擇 （ 1） 根據介質特性 、 工作壓力和溫度 ， 選擇閥體材料 。 (5)根據閥門的用途和要求 ， 選擇閥門的驅動方式 。 容積式泵： 容積式泵是靠機械運轉時 ， 內部的工作容積不斷產生變化 ， 對流體產生擠壓 ，使流體獲得能量 。 泵標牌上的揚程 ， 一般是指通過額定流量時的揚程 ， 所以又稱額定揚程 。 它可以用泵的流量和揚程進行計算 ， 計算公式見 （ 5） 。 （ 1） 流量的確定 太陽熱水系統循環泵的流量的計算方法如下： Q = qA 式中： q — 系統設計流量 （ M3/㎡ b）集熱器串聯連接時，集熱器的阻力較大，應單獨計算。 （ 5） 力求操作 、 維護 、 檢修方便 設置電氣隔離，避免帶電檢修；設置手動、自動轉換開關，以備急用；設置緊急情況下，人工停止按鈕等。 (6)模擬電路 可按預先編制好的程序 ， 實現水溫 、 水位 、 時間 、 壓力 、 流量等多種控制功能 。 系統防凍設計 防凍方法（ 1） （ 1） 循環防凍 ① 連續循環 ：在冬季結冰的季節 ， 使循環水泵連續不停的循環 ， 以防止結冰 。兩種定溫循環防凍的方法相比，前一種方法可靠，但存在浪費；后一種方法合理，但應注意溫控儀感溫探頭的位置一定要放置在最容易結冰的位置。由此可見，自限溫伴熱帶具有溫度自調功能。目前使用的防凍液多為乙二醇、水和緩蝕劑組成的混合溶液。 排空防凍是一種主動防凍的方案 ， 防凍比較可靠 ， 尤其是回流排空防凍 。 （ 1） 接地保護的范圍 將用電設備上與帶電體相絕緣的金屬外殼做接地連接稱為接地保護 。 （ 2） 漏電開關保護 太陽熱水系統應單獨設立電氣控制柜，電氣控制柜應安裝漏電保護開關，以確保系統漏電時，能自動切斷電源，避免觸電事故發生。 這一數值 ， 稱為臨界濕度 。 系統防腐蝕措施 金屬腐蝕的種類（ 4） 根據腐蝕破壞的形式，還可以把腐蝕分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類。 造成縫隙腐蝕的條件有：金屬結構的鉚接 、焊接 、 螺紋連接等；金屬與非金屬的連接 ， 如金屬與塑料 、 橡膠 、 木材 、石棉等 。 系統防腐蝕措施 金屬防腐蝕方法 （ 1） 正確選取金屬材料 ， 合理設計金屬結構 應當根據它周圍介質的性質來正確選擇適當的材料 。例如：應將排水管設計在最低處，容器的壁與底部設計成園角過渡等，以防止放空時，由殘余液體留在容器底部，同時也便于用水清洗。 b) 犧牲陽極法是利用陽極與被保護的金屬之間的電勢差所產生的電流來達到保護的目的。 技師 ：能安裝大 、 中型太陽能系統 ， 掌握電輔助加熱等關鍵技術 ， 會設計中 、小型工程 。 中級 ：能熟練安裝各種家用太陽能熱水器 （ 強調懂電輔助加熱的安裝 ） ， 能安裝小型自然循環太陽能系統 。常用的緩蝕劑主要有陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑、有機緩蝕劑、揮發性緩蝕劑、油溶性緩蝕劑等 3)采用電化學保護法 陰極保護可以通過兩種方法來實現，一種方法是利用外加電流，使被保護的金屬結構整個表面變成陰極，這種方法叫做外加電流的陰極保護；另一種方法是在要保護的金屬設備上連接一種電勢更負的金屬或合金，這種方法叫做犧牲陽極的陰極保護法， 又叫保護器保護。 陽極和陰極的面積相對大小對腐蝕速率有很大的影響 ， 如果兩種不同電勢的金屬必須接觸 ， 應盡可能不要把作為陰極部分的面積弄得過大而把陽極部分的面積弄得過小 ， 因為這樣會使陽極的電流密度過大 ， 從而加速陽極金屬的腐蝕 。當兩種金屬或合金相接觸，可以發現在溶液中電位較負的金屬腐蝕速度加大，而電位較正的金屬受到保護，這種現象就是電偶腐蝕。點腐蝕是一種破壞性和隱患較大的腐蝕形態之一。 在電解質溶液中的腐蝕： 在淡水和海水中的金屬構件會造成淡水或海水腐蝕 。 系統防腐蝕措施 金屬腐蝕的種類（ 2） 電化學腐蝕在進行的過程中有電流產生 。 ⑤ 靠近帶電電器的金屬支架 、 護欄等 。因此防凍液防凍一般用于雙回路分體太陽熱水系統。 但伴熱帶只能解決管路的防凍問題 ， 不能解決太陽集熱器的防凍問題 。 系統防凍設計 防凍方法（ 4） （ 4） 防凍液防凍 對于雙回路太陽熱水系統，一次回路的循環采用防凍液作為循環介質，從而達到防凍的目的。 ②自限溫伴熱防凍 ：伴熱帶本身的發熱電阻水溫度變化而變化。另一種方法是由溫控儀根據太陽熱水系統管路內水的溫度來自動控制水泵，當管路水溫低于某一溫度值時（一般為 2℃ ），溫控儀使循環水泵啟動；當管路水溫高于某一溫度值時（一般為 6℃ ），溫控儀使循環水泵停止。 系統防凍包括太陽集熱器防凍和管路防凍。 電氣控制系統設計 常用控制元件（ 2） （ 4） 水位儀 可顯示和控制儲熱水箱水位 。 （ 4） 保證電氣控制線路的安全性 應具有完善的保護環節 ， 避免發生事故 。 對于開式循環回路 ， 當水箱與集熱器同在一個水平面上 ， 且最高水位一樣時 ， Hs=0；當水箱與集熱器不在一個水平面上 ，或雖在一個水平面上 ， 但最高水位不一樣時 ， Hs等于二者最高水位的高度差 。 不同類型的泵 ， 其比轉數差別很大 ， 離心泵的比轉數一般在 30～ 300之間；混流泵的比轉數一般在300～ 600之間；軸流泵的比轉數一般在 500～ 1400之間 ， 某些低揚程的軸流泵的比轉數可達 1800左右 。 系統管路選擇與設計 水泵的工作參數（ 2） 功率 泵的功率包括有效功率 、 軸功率和配套功率三種 。 一般泵在這個流量下工作 ， 效率最高 ， 如偏離這個流量 ， 效率就會下降 ，偏離愈多 ， 效率下降愈多 。 葉片式泵： 葉片式泵是由裝在主軸上的葉輪產生旋轉作用 ， 對流體做功 ， 使流體能量增加 。 （ 4） 根據管道的管徑計算值 ， 確定閥門的公稱直徑 。 (9)自動排氣閥 自動排氣閥的作用是自動排出管路或設備內的空氣 ， 使系統正常工作 。 （ 4） 蝶閥 蝶閥可以圍繞閥座內的一個固定軸旋轉 90176。閘板閥門常用于作全開全閉的位置，不能用于蒸汽管道上，不宜用它作調節流量，如果閘板閥門長期處于半開半關的狀態下工作，閘板的密封面會因受介質沖刷而不能密封嚴密。 但它的耐候性較差 。 PB管材適合制作小口徑受壓管 ， 安裝時可以熔焊與壓接相結合 ， 連接牢固 。分為給水鑄鐵管和排水鑄鐵管。 一般情況下都要求在當地正午時刻，前后排不發生遮擋 正午時， h= 90(Ф – δ ) OB=OC=OA ctg h= OA tg (Ф – δ ) AB COh r系統管路選擇與設計 常用管材種類（ 1） 鋼管 ① 無縫鋼管 分為熱軋管和冷拔管兩種，廣泛用于壓力較高的管道，如高壓供熱系統和高層建筑的冷、熱水管。 集熱器陣列水箱集熱器陣列集熱器陣列集熱器陣列 水箱集熱器系統整體布局的原則與方法 布局選擇原則 布局形式的選擇 ， 主要應根據現場地形確定 ， 并考慮以下幾點 。 因此 ， 輔助加熱設備功率的確定應根據太陽能完全不起作用時 ， 全部靠輔助加熱設備來滿足用戶所需的熱能來計算確定 。在設計水箱進 、 出水口處水管的布置時 ， 下循環管口流出的為低溫水 ，其在水箱內的開口方向應水平或向下；上循環口流進水箱的水為高溫水 ， 其在水箱內的開口方向應水平或向上；冷水補水進口的開口方向應水平或向下 。對于頂水使用的承壓水箱，上循環口應在水箱的中下部，但無論何種系統，上循環口都應高于下循環口。 如塑料水箱等 貯水箱設計 貯水箱的開口位置與尺寸（ 1） 檢修人孔： 大于 3m3的水箱應留檢修人孔，以備將來檢修時用。 對于方形水箱，當長、寬、高相等時，體面最小。 以確保停泵后不發生儲熱水箱溢流的問題 。 貯水箱設計 貯水箱的作用 太陽能熱水系統只能在白天有陽光的條件下產生熱水，而且是一種比較緩慢加熱的過程。 B——相鄰兩支真空管之間的中心距 漫反射板??00??0太陽集熱器選型與擺放方位 太陽集熱器朝向與傾角（ 6） 以上關于集熱器傾角的推論，沒有考慮各地不同季節天氣的影響。由于真空管集熱器南北豎放時，不具有季節自動跟蹤功能，因此，集熱器的傾角仍應按上述推論確定。 太陽集熱器選型與擺放方位 太陽集熱器朝向與傾角（ 2） 從上圖可以得出：當太陽光線與集熱器的采光面垂直時 ， 集熱器傾角 θ 與當地緯度角 Ф以及太陽赤緯角 δ 有如下關系： θ = Ф – δ 水平面集熱面水平面集熱面太陽集熱器選型與擺放方位 太陽集熱器朝向與傾角（ 3） 當全年使用時 ,可認為全年的平均赤緯角 δ 為 0176。 結冰地區全年使用的，不需要承壓運行的，除高寒地區外，均可選用全玻璃真空管集熱器。 未來的發展方向，近年來已被更多地采用。 要求較高的施工技術。 系統配有輔助加熱 。 暖氣換熱器 回流水箱太陽能系統常見的運行方式（ 17） 強制循環系統常見形式（ 5) 太陽能承壓 /水箱常壓間接系統 太陽能加熱的一次回路采用防凍液作為循環介質，解決了一次回路循環系統防凍和防垢的問題。 太陽能系統常見的運行方式（ 14） 強制循環系統常見形式（ 1) 普通的強制循環系統 系統的循環水泵可以選用溫差 /光照 /定時任一控制器控制； 溫差控制是最合理的循環方式 ， 近年來被較多地采用； 光照控制常用于需要大流量的游泳池太陽能加熱和太陽能溫水養殖系統； 定時控制用于比較簡易的系統 。 缺點： a)需解決儲熱水箱水滿溢流的問題。 優點： 安裝簡單，施工方便，一般不需儲熱水箱，因此也省去了因儲熱水箱的承重、安放、吊裝或制作帶來的麻煩； 工程成本相對較低。 存在冷熱水混水問題 ， 造成熱水使用率下降 。 ? 類型二： ? 以多臺家用太陽熱水器組成的熱水系統。 用戶情況與要求（ 3） 原始資料核實 ? 太陽能系統的技術性很強 ， 也比較專業 ， 并非所有的用戶都能十分全面 、 清楚地表達其要求 。但必須向用戶了解有無特殊情況，如安裝現場是否在風口、易發生雷擊的地方等。 因此 ， 設計人員必須對用戶所提供的情況進行分析判斷 ， 如果可能 ， 應進行現場考察核實 ， 以便掌握真實客觀的第一手資料 。如： 選用較大的管徑，管路盡量短，盡量少拐彎，防止出現反