太陽能熱水器系統工程設計培訓(留存版)

　　

【正文】 其平均熱效率比自然循環和直流系統低 3～ 5%。 要求水箱承壓的系統 ， 圓柱形水箱的兩個端蓋應采用球形端蓋 ， 材料厚度應加厚 ， 制作完成后 ， 應按要求作耐壓試驗 。 上循環口位于水箱的中上部，不高于用熱水口。 對于太陽熱水系統來說 ， 太陽能完全不起作用的情況就是最不利的情況 。 太陽集熱器陣列 排與排之間的連接（ 3） ? 串并聯連接 ? 當集熱器數量超過兩排時，在每排集熱器的數量不太多時，為了管道連接的方便，有時會采用此種連接方式 太陽集熱器陣列 前后排間距 前后排集熱器之間應留有一定的距離，以避免前排集熱器影響后排集熱器的采光 當春夏秋季使用時，只要保證春分、秋分日前后排不遮擋，其它時間就不會遮擋 當全年使用時，只要保證冬至日（此時）前后排不遮擋，其它時間就不會遮擋。 PEX管材一般只有小口徑管 (2063mm)， 熱膨脹系數較大 ， 采用金屬管件受壓連接 ， 其配件成本較高 ， 連接時問題較多 。 系統管路選擇與設計 常用閥門種類（ 1） （ 1） 閘板閥門 無方向性，比較嚴密，安裝長度較短，由于閘板閥的進出口和閥底在同一直線位置，故介質流動的局部阻力很小，異物也不易被阻塞，因而其常用作排污和管道系統或水箱底部的泄水閥。 （ 8） 安全閥 （ 泄壓閥 ） 安全閥的作用是自動泄除管道或設備中的過高的壓力 ， 當壓力恢復正常后 ，自動關閉 。 系統管路選擇與設計 常用水泵選擇 （ 1）泵的種類 根據泵的工作原理 ， 通常將泵分為以下三類 。 一般情況下 ， 泵的轉速是不會變化的 。 系統管路選擇與設計 水泵的選型 (2) 關于提升液體的高度 水泵提升水的高度等于太陽熱水系統太陽集熱器水位與水箱水位的高度 對于閉式循環回路 ， Hs=0。 （ 3） 光控儀 當太陽光達到一定輻射強度后，光控儀可自動給出通電或斷開信號；當太陽光強度不足時，光控儀可自動給出斷開或通電信號。一種是由溫控儀根據環境溫度來自動控制水泵，當環境溫度低于某一溫度值時，溫控儀使循環水泵啟動；當環境溫度高于某一溫度值時，溫控儀使循環水泵停止。 ② 回流排空防凍 ：使太陽熱水系統的水箱低于管路和太陽集熱器，當循環水泵停止循環后，太陽集熱器和管路中的水自動回流到水箱中，使太陽集熱器和管路排空，從而達到防止結冰的目的。但需定期檢查一次回路中的防凍液，且雙回路循環系統使太陽熱水系統工程成本增加，效率有所降低。化學腐蝕又分為氣體腐蝕和在非電解質中的腐蝕。金屬浸泡在溶液中或與潮濕環境接觸，常常發生點腐蝕；金屬暴露在大氣中，若金屬表面凝結有水地或水膜，也可能發生電腐蝕；輸送水、油、氣的鋼管，埋在土壤中就經常出現點腐蝕；不銹鋼放在含氯離子的介質中，使用時容易發生點腐蝕；鋁和鋁合金在某些介質中也會出現點腐蝕。 例如：當必須把銅管連接到鐵板上時 ， 可以在鐵板和銅管之間加上一段橡膠 、 塑料或陶瓷的管子 ， 以免鐵和銅直接接觸引起腐蝕 。 常用的覆蓋層有以下四類： ①金屬覆蓋層 如：鍍鋅管 /鍍鋁鋅板 ②非金屬覆蓋層 如：油漆 /搪瓷 /噴塑 ③用化學和電化學方法生成的覆蓋層； 如：磷化 ④暫時性覆蓋層 如涂機油、凡士林、 石蠟等 系統安全措施 防雷電 防風雪 防滲漏 防過熱 勞動部職業標準分級 初級 ： 能獨立完成常規工作 中級 ： 能熟練完成常規工作，并能完成部分較復雜的 工作 高級 ： 能完成復雜的工作 ， 能完成部分非常規的工作 技師 ： 能完成復雜 、 非常規的工作 ， 獨立解決技術難 題 ， 有培訓 、 管理能力 高級技師 ： 能完成本職業各領域復雜的、非常規的工作，有技術革新、培訓、管理能力 太陽能利用工分級標準 初級 ：能獨立完成常規家用太陽能熱水器安裝 ， 會維修常見故障 。常用的材料有 Al、 Mg、 Zn及其合金。 大多數金屬材料在某種介質中的耐腐蝕性能 ， 在一般的腐蝕手冊中都能查到 。均勻腐蝕是指腐蝕作用均勻地發生在金屬表面上；局部腐蝕是指腐蝕作用僅局限在一定的區域。 系統防腐蝕措施 金屬腐蝕的種類 金屬腐蝕是指金屬材料或金屬制品在周圍環境介質的作用下 ， 逐漸產生的損壞或變質現象 。因此 ， 多用于平板集熱器系統的冬季防凍 。 系統防凍設計 防凍方法（ 3） （ 3） 排空防凍 排空防凍就是通過排空太陽熱水系統管路和集熱器中的水 ，來達到防止管路結冰的目的 。 這種方法的缺點是既浪費電能 ， 又增加水泵的磨損 。 電氣控制系統設計 常用控制元件（ 1） 太陽熱水系統常用的控制元件主要有以下幾種 。s） ；一般取 (36～ 72)L/㎡ 揚程的單位一般為 m。 閥門的驅動方式有手動 、電動 、 氣動 、 液動 、 機械傳動等 。蝶閥啟閉迅速、方便，但因其密封材料是橡膠，因此多用于壓力和溫度較低的管道上。 ⑧ 薄壁不銹鋼管和不銹鋼保溫管 薄壁不銹鋼管是厚度為 ～ 15～50mm的給水管 ， 通過管壁薄壁化 ， 可大大降低管材的成本 。 目前主要用于建筑給水 、 排水 、 落水 、 排污 、 穿線 、 通風等方面 。 （ 2） 集熱器擺放 應盡量使集熱器集中在一片位置擺放 ， 這樣便于布局 ， 系統比較整潔 、 緊湊 ，管路距離也比較短 ， 。 對于落水使用的循環系統 ， 設計時 ， 有意將上循環管口向下開口 ， 有時甚至將上循環口向下延伸至水箱的下部 ， 有意使水箱混流 ， 以減輕水箱的溫度分層 。排污口的尺寸不應小于 25mm。 這樣既能減小散熱面積 ， 還可節省水箱制作的材料 。 b)在太陽輻射較強的季節，熱水過剩，而太陽輻射較少的季節，熱水不足，因此可以讓太陽輻射較少的季節盡可能多地吸收輻射能 確定集熱器傾角最理想的方法是綜合考慮當地各時段的太陽輻照量和熱水使用需求等因素，求出在滿足使用需求的條件下，在整個使用期內能得到最大太陽輻射量的集熱器傾角值。 當側重于冬季使用時 ,可認為該期間的平均赤緯角為 10176。 GB/T18713規定：系統運行方式應根據用戶基本條件 、 用戶的使用需求及集熱器與儲熱水箱的相對安裝位置等因素綜合加以確定 。水箱內儲存的是達到溫度的熱水。 ? 存在當儲熱水箱內的水溫全部達到溫控儀設定水溫時，循環水泵將一直循環的問題 定溫控制器太陽能系統常見的運行方式（ 16） 強制循環系統常見形式（ 3) 輔助加熱強制循環系統 當太陽能不足時 ， 用輔助能源 （ 電 /燃油 /燃氣 /蒸汽 ） 將水箱內的水加熱到所需溫度 。 ? 缺點： ? a)水箱上部水溫高，下部水溫低，若水箱下部水溫未達到使用溫度，需將下部未達到溫度的溫水放掉，才能用上部的熱水，存在能量和水資源的浪費問題 . b）各個家用熱水器上冷水時的水力不易平衡，會出現有些熱水器已經溢流，還有一些還沒上滿冷水的問題 自來水家用熱水器太陽能系統常見的運行方式（ 10） 自然循環系統 (23) 多臺家用熱水器并聯頂水使用的系統 使用：冷水從每臺家用熱水器水箱下部進入，而將熱水從上部頂出。如： 選用較大的管徑，管路盡量短，盡量少拐彎，防止出現反坡，造成氣堵等。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。 ? 類型二： ? 以多臺家用太陽熱水器組成的熱水系統。 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。 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 。 系統配有輔助加熱 。 未來的發展方向，近年來已被更多地采用。 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。 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。 以確保停泵后不發生儲熱水箱溢流的問題 。 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。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 。 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 。分為給水鑄鐵管和排水鑄鐵管。 但它的耐候性較差 。 （ 4） 蝶閥 蝶閥可以圍繞閥座內的一個固定軸旋轉 90176。 （ 4） 根據管道的管徑計算值 ， 確定閥門的公稱直徑 。 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 。 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 。 （ 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 。 系統防凍包括太陽集熱器防凍和管路防凍。 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。 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 。 ⑤ 靠近帶電電器的金屬支架 、 護欄等 。 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 。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。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。 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 。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。 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 。 這一數值 ， 稱為臨界濕度 。 （ 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 。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。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。 (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 。 b）集熱器串聯連接時，集熱器的阻力較大，應單獨計算。 它可以用泵的流量和揚程進行計算 ， 計算公式見 （ 5） 。 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 。 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 。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。 PEX比 PB管材價格低 30～ 50%。 ② 有縫鋼管 焊接鋼管通常稱為有縫鋼管（水煤氣管）。 系統整體布局的原則與方法 布局形式（ 1）