太阳能热水系统设计

太阳热水系统——系统设计知识主要内容1、太阳热水系统的组成2、太阳热水系统的分类3、太阳热水系统的设计的主要方面4、太阳热水系统的设计的详细内容太阳热水系统的组成设备与管道支架太阳集热器贮水箱管路、泵、阀设备防腐与保温自动控制系统辅助能源设备太阳热水系统的分类特征类型类型1类型2类型3有无辅助热源纯太阳能加热式太阳能预热式太阳能加辅助热源式按储水箱水被加热方式直接式间接式按传热工质与大气相通敞开式开口式封闭式按集热器内介质状况充满式回流式排放式按加热工质循环动力自然循环强制循环按加热工质流动方式循环式直流式接集热器与储水箱位置分离式紧凑式闷晒式太阳热水系统设计的主要方面1、用户情况与要求2、系统运行方式确定3、太阳集热器选型4、太阳集热器面积确定5、贮水箱设计6、辅助热源选择与系统设计7、系统布局8、太阳集热器倾角与前后排间距确定9、泵、阀及管路选型与管路系统设计10、电气控制系统设计11、管路与设备的保温与防冻12、系统安全防护（防雷/防雨/防漏电/防腐蚀/抗风雪等）用户情况与要求（1）---原始资料收集（1）用户所处地理位置和环境条件（2）水源情况（3）电力供应情况（4）安装场地情况获取以上资料的方法：—与客户勾通，向用户了解有无特殊情况；（如安装现场是否在风口、易发生雷击的地方等）—查阅当地气象资料；—实地勘察现场。用户情况与要求---太阳能系统的要求（1）安装太阳能系统的用途：—用于生活热水供应/工业用热水/游泳池加热/采暖、制冷等。—太阳能全年工作/季节性工作。（2）用水方式：—定时用热水/全天24小时用热水—用水温度/全天总用水量/用水流量/用水压力。（3）辅助能源情况：—是否要求配置辅助能源/配置辅助能源的种类（电/燃油/燃气/蒸汽/暖气/热泵等）—如果使用原有的辅助能源设备，应了解设备的型号、类别，供热方式等。（4）其它要求：—管理方式，有无专人管理/是否要求全自动控制/是否要求自动计量计费等。用户情况与要求---原始资料核实●太阳能系统的技术性相对比较专业，用户可能不能全面、清楚地表达其要求。有些用户所表达的要求与其实际上真正的需要不一致;有些用户所提的要求可能无法实现。●设计人员必须对用户所提供的情况进行分析判断，或者进行现场考察核实，以便掌握真实客观的第一手资料。●在了解了实际情况后，设计人员应将其了解的情况向用户反馈。双方认可后，设计人员才能根据双方已经确认的设计条件和要求进行设计。用户情况与要求---正确处理客户要求—客户要求是我们设计太阳热水系统的依据之一，有些要求尽量去实现，求但有的是无法实现，应细仔地勾通解释，不能一味答应。—要引导用户，公正客观地向用户解释太阳热水系统所能实现的效果。太阳能系统常见的运行方式---基本的运行方式按工质的流动方式分类：—自然循环系统—强制循环系统—直流系统◆太阳热水系统在实际应用中是以上某一种基本运行方式或某种方式为主的为主的多种运行方式的组合，根据现场的情况不同和用户的具体要求，在设计中要灵活应用，以实现太阳能热水系统的经济、节能的目的。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统自然循环系统类型1由水箱、支架、管路和多个集热器等部件在工程现场连接成一个较大的自然循环系统。类型2以多台家用太阳热水器组成的热水系统。由于每台家用太阳热水器实际上也是一个小型的自然循环系统，因此，这种设计方式也属于以自然循环系统中的一类。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(1-1)1、多个集热器与一个水箱连接组成的系统自然循环系统是不需要外来动力，依靠系统流体本身的密度差实现自动循环的太阳能系统。—自然循环系统的循环水箱底必须高于太阳集热器顶0.30m至0.5m；—由于系统流体本身的密度差形成的动力很小，因此必须采取多种措施减小系统循环阻力（如：选用较大的管径，管路尽量短，尽量少拐弯）；—防止出现反坡，造成气堵等；—自然循环系统的规模一般较小，较大规模的自然循环系统常常分解成多个并联的小系统。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(1-2)落水使用的系统水箱自来水集热器●在白天太阳能加热期间，由于水箱内的水温达不到使用温度，所以不能使用。●储热水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温未达到使用温度，则使用热水时，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部达到温度的热水，因此存在能量和水资源的浪费问题。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(1-3)顶水使用的系统自来水水箱补水箱集热器●使用时，冷水从水箱下部进入水箱，而将热水从上部顶出。●避免了落水系统的缺点，可以随时使用热水，而且冷水上水也是自动完成，因此管理也很方便。●如果冷水供应慢，热水下水快，就会造成断断续续出热水●如果没有冷水，就无法将热水顶出。●存在冷热水混水问题，造成热水使用率下降。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(1-4)自来水循环水箱M储水箱补水箱集热器感温头定温放水式●当太阳能贮水箱上部水温达到设定温度时，热水出水管上的电磁阀自动打开，热水自动流入另外一个储热水箱，同时，冷水自动补入循环水箱下部；当水箱上部水温低于设定温度时，电磁阀自动关闭。●这种系统必须解决储热水箱水满溢流的问题；●适用于全天供热水要求。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(1-5)水箱M自来水蒸汽电加热锅炉感温头集热器带辅助加热的系统●当阴雨天或太阳能不足时，用辅助能源将水箱内的水加热到所需温度。辅助能源系统可以用电加热，也可以用蒸汽加热，还可以用燃油（气）锅炉加热。●带辅助加热的自然循环系统，可以解决仅靠太阳能加热存在的热水供应受天气影响的问题，达到天天有热水供应。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(1-6)自来水水箱集热器集热器共一个贮热水箱的系统●可以解决因一个系统采光面积过大，造成管径过大、循环管过长、不便安装的问题。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(2-1)多台家用热水器组成的系统优点：1、安装简单，施工方便，不需要大型号储热水箱，省去了因储热水箱的承重、安放、吊装或制作带来的麻烦；2、工程成本相对较低。缺点：1、多个小储热水箱带来的管理和用水不便，故障点多；2、多个小储热水箱单位体积的散热面积是大水箱的好几倍甚至十几倍，在同等保温条件下，小水箱的散热量明显较大，系统总热效率低；3、辅助加热系统不便与整个系统匹配等。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(2-2)多台家用热水器并联组成的落水系统自来水家用热水器●水箱上部水温高，下部水温低，若水箱下部水温未达到使用温度，需将下部未达到温度的温水放掉，才能用上部的热水，存在能量和水资源的浪费问题.●各个独立热水器上冷水时的水力不易平衡，会出现有些热水器溢流。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(2-3)多台家用热水器并联组成的顶水系统自来水补水箱a)如果冷水供应慢，热水下水快，就会造成断断续续出热水；b)如果没有冷水，就无法将热水顶出。C)存在冷热水混水问题，造成热水使用率下降。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(2-4)多台家用热水器串并联组成的定温放水系统自来水储水箱Ma)需解决储热水箱水满溢流的问题。b）单个水箱的温水蓄存了较多的有用能量，从而造成了能量浪费，系统投资成本增加。。太阳能系统常见的运行方式---自然循环系统(2-5)多台承压家用热水器串、并组成的热系统自来水承压家用热水器电加热电加热●这种系统能保证随时使用热水。●辅助加热贮存的热水有限，当阴雨天时，热水不能保证供应。太阳能系统常见的运行方式---强制循环系统优点：—系统的动力来自于循环水泵，单个系统可以不受采光面积的限制，可以做到上百甚至上千平方米；—储热水箱放置位置不受限制，可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。缺点：—需要配置循环水泵、电控装置等，工程成本较高；—应注意选用可靠的控制系统，以确保系统运行得可靠性；—要求较高的施工技术。太阳能系统常见的运行方式--强制循环系统常见形式（1)感温头自来水储热水箱循环泵集热器排气控制器常规强制循环系统1、系统的循环水泵可以选用温差/光照/定时任一控制器控制；2、温差控制是最合理的循环方式，近年来被较多地采用；3、光照控制常用于需要大流量的游泳池太阳能加热和太阳能温水养殖系统；4、定时控制用于比较简易的系统。太阳能系统常见的运行方式--强制循环系统常见形式（2)定温控制器定温循环系统1、循环水泵受温控器控制。当集热器的出口温度达到设定温度时，循环水泵自动启动，将水箱下部的冷水泵入集热器，同时将集热器内达到设定温度的热水顶入储热水箱上部；2、采用定温循环和顶水用水方式，可以使系统实现随时使用热水。3、当储热水箱内的水温全部达到温控仪设定水温时，循环水泵将一直循环。太阳能系统常见的运行方式---强制循环系统常见形式（3)锅炉蒸汽电加热控制器1、当太阳能不足时，用辅助能源（电/燃油/燃气/蒸汽）将水箱内的水加热到所需温度。2、可以解决阴雨天热水供应不足的问题。带辅助加强制循环系统太阳能系统常见的运行方式--强制循环系统常见形式（4)暖气换热器回流水箱1、在太阳能系统中设置了一个回流水箱，循环水泵将回流水箱内的热水泵入换热器换热后，被送到太阳集热器加热，然后又会到回流水箱，构成了开路循环回路。2、开路循环回路的循环介质容易蒸发散失，利用回流水箱可以很方便地添加循环介质。解决了不能承压的集热器在承压热水供应系统上的应用问题；3、这种系统太阳能加热系统的循环介质可以采用普通的水。集热器常压/水箱承压间接系统太阳能系统常见的运行方式--强制循环系统常见形式（5)压力表膨胀罐换热器温差控制器排气泄压阀1、太阳能集热器加热的一次回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。热水供应为开路系统的间接换热强制循环系统。2、该类型系统适合于高寒地区全年使用的大规模平板太阳热水系统。集热器承压/水箱常压间接系统太阳能系统常见的运行方式---强制循环系统常见形式（6)集热器常压/水箱常压间接系统换热器温差控制器排气口排气◆太阳能加热回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。贮热水箱为常压系统。◆可在高寒地区使用，并比承压系统显著降低工程成本、且安全可靠。太阳能系统常见的运行方式---强制循环系统常见形式（7)集热器承压/水箱承压间接系统温差控制器泄压阀换热器压力表膨胀罐排气安全阀换热器1、太阳能加热回路采用防冻液作为循环介质，解决了一次回路循环系统防冻和防垢的问题。热水供应系统为承压系统，利用自来水的压力将水箱中的热水自动顶出，实现了“开阀门用水，关阀门走人”的傻瓜化管理。3、该系统可用于别墅太阳能和阳台壁挂式系统。太阳能系统常见的运行方式---直流系统优点：1、该系统可随时将达到设定温度的热水顶入储水箱储存。水箱内储存的是达到温度的热水。可以实现随时使用热水。2、储热水箱可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。缺点：1、定温放水系统需要解决储热水箱水满溢流的问题；2、同时也需要配置控温装置等。工程成本较高；3、应注意选用可靠的控制装置，以确保系统运行的可靠性。4、要求较高的施工技术。太阳能系统常见的运行方式---直流系统常见形式（1)单一直流式定温系统集热器自来水感温头温控仪储热水箱排气1、当集热器内的水温达到设定温度时，电磁阀打开，冷水进入集热器，并将达到设定温度的热水顶入储热水箱。2、单一的直流式定温放水太阳热水系统存在储热水箱水满溢流的问题，水满时必须将冷水关闭，以防止储热水箱溢流。太阳能系统常见的运行方式---直流系统常见形式（2)定温/温差循环系统水位探头控制仪1、当水箱满水位时，冷水管路上的电磁阀自动关闭，系统自动转入温差循环。2、该系统不仅解决了储热水箱水满溢流的问题，还充分利用了太阳能。太阳能系统常见的运行方式---直流系统常见形式（3)带辅助的定温/温差循环系统锅炉控制仪1、先利用太阳能加热；2、当太阳能产热水不足时，水箱水位低至一定值时,启动辅助能源补充热水，确保全天24小时热水供应。3、广泛用于宾馆、饭店等