(二)太阳能热水工程组成:
太阳能热水工程主要包括:太阳能集热阵列、水箱(储热水箱及恒温水箱)、补冷水系统、太阳能循环加热系统、辅助加热系统、供水系统、回水系统等。
1. 太阳能集热阵列:由单体太阳能集热器经合理串并联方式组合而成,是太阳能系统加热功能的集中地。集热阵列的设置是否合理将直接影响整个太阳能系统的加热效果。
2. 水箱:分为太阳能储热水箱和恒温水箱两种。
①太阳能储热水箱:收集并储存加热介质(水)的容器,主要作用是将集热阵列产生的热量以热水的方式储存起来,并做为补冷水和向下一级系统(恒温水箱或用水点)供水的中转站。
②恒温水箱:客户为全天候用水的情况下必须设置恒温水箱,即水箱中的水温始终保持在某个恒定的温度上,随时可供给客户使用。
3. 供冷水系统:常规有电磁阀进水、冷水泵进水两种方式。
①电磁阀进水 :即在冷水管网压力足够的情况下,利用电磁阀控制冷水补入储热水箱的方式,有定液位、定时定液位两种控制方法。
②冷水泵进水 :在冷水管网压力不足时,必须设置增压泵,其控制也是定液位、定时定液位两种控制方法。
4. 太阳能循环加热系统:分为自然循环加热、强制循环、直流式定温放水 三种方式。
①自然循环加热系统 :
该方式的特点是蓄水箱必须安设在集热器顶端水平面300㎜以上可以实现系统循环。主要由集热阵列、循环管路、太阳能储热水箱构成,其原理为:集热器吸收太阳辐射,并转化成热能,将集热器内冷水逐渐加热,被加热的水由于比重减小而上升,顺上循环管回至水箱上部,而水箱下部的冷水便顺下循环管补充至集热器内,由此形成循环,如此往复,水箱中的水便在这种循环中被逐渐加热。
自然循环以水的比重差(热虹吸压头作用力)而不借助外力来使水进行循环的过程称为自然循环,又称微循环。因此循环动力较小,配置的集热器面积不能太大,以不超过30m2为宜,且循环管路尽可能短(尤其是上循环管),管路应直,尽量减少拐弯。
在自然循环的运行中比重差越大循环的速度越快,反之就越慢,这种方式可以使水箱内的水持续升温,太阳辐射停止,循环随之也停止。
②强制循环加热系统 :
借助外力迫使集热器与蓄水箱内的水进行循环,特点是不受水箱与集热器位置的制约,可以任意设置,是利用水泵将集热器接受太阳辐射的水与蓄水箱的水进行循环,使蓄水箱的水逐渐加温。主要由集热阵列、循环管路、太阳能储热水箱、强制循环装置(循环泵及控制系统)构成,其原理为:集热器吸收太阳辐射,转化为热能,加热其内部冷水,因此集热器内水温升高,与水箱下部的冷水温度产生差值,当此差值达到预先设定的数值时,控制器发出指令,循环泵启动,将储热水箱中的冷水打入集热器,而集热器内热水则被顶入储热水箱上部,形成循环,如此往复,水箱中的水便被逐渐加热。强制循环加热系统采用水泵做为循环动力,克服水阻能力加强,因此单个强制循环系统所配的集热器面积也相应增大,但以不超过150m2为宜,且集热阵列的管道应布置为同程式,以免由于水路短路而使部分集热器内的水循环不充分降低系统的热转化效率。强制循环有二种方式:一种是温差控制式循环,另一种是定流量式循环,前者是利用蓄水箱下部的温度传感头与集热器上部的温度传感头之间的温差控制水泵的启动运行,温差可人为的设定。后者是取决于蓄水箱的容量、水泵流量来摄取太阳辐射能,并定时循环一周来提高水箱的温度,这种形式纯属机械式循环,不受日照强弱控制,因此换热效率比温差式循环差,但对于游泳和养鱼池增温较好。
③直流定温放水式:
这是温度控制器将达到温度的水用水源压力或水源加压泵输送到蓄水箱内。它的特点是从水源经集热器到蓄水箱,因为没有循环又非常简单只是将水在集热器闷晒后注入蓄水箱,因此有人将这一方式称为直流式或称为直流式定温放水。这种方式可与温差强制循环合并使用,既可经节约用水又能得到温度更高的热水。
5. 辅助加热系统:
在连续阴雨天和日照不足情况下,为保障用户正常用水需求,太阳能系统设置辅助加热装置,来完成系统加热任务。
太阳能辅助加热系统形式多样,常用的有柴油锅炉、燃气锅炉、电、空气源热泵四种。
①燃油辅助 :采用柴油做为辅助加热能源,以燃油炉为辅助加热设备,系统主要包括燃油炉、炉加热循环泵、油泵、油箱(或油罐)以及相应的管路、控制装置等,其原理为:系统定时(或全天候,依用户实际用水情况而定)检测水箱内水温,若水温不够,则控制器发出指令,炉加热循环泵及炉燃烧机启动,水箱内的水便在炉与水箱之间被循环加热,当水温达到设定温度,炉与循环泵均停止。
燃油炉辅助加热系统由于采用热值大的柴油做为能源,因此加热,能在较短时间内完成加热任务,是太阳能加热系统很好的补充;但由于其带有输油和贮油装置,对客户的运输、消防能力有相当要求,且环保性较差。
②燃气辅助 :采用天然气、液化气、管道煤气(不推荐采用)做为加热能源,燃气炉为加热设备,系统主要包括燃气炉、炉加热循环泵、输气装置以及相应的管道、控制装置等,其运行原理与燃油辅助相似。燃气炉与燃油炉的加热效率差不多,燃气相对燃油而言,优点便是清洁卫生,更加环保,但其安装要求相当高,输气管道必须由具有安装资质的公司安装,因此其消防等级高,且设备投资较大,只有具有一定条件的单位才会选择此种方式。
③电加热器辅助 :采用电能做为加热能源,电加热器做为加热设备,其原理为:系统定时(或全天候,依用户实际用水情况而定)检测水箱内水温,若水温不够,则控制器发出指令,电加热器启动加热,当水温达到设定温度时,电加热停止。采用电加热器做为辅助加热,投资小,清洁环保,符合发展趋势,但电能热值较小,因此电加热器的功率相对要很大,选择此种方式时首先要考虑客户的电源负荷是否能承受。
④空气源热泵辅助 :采用电能做为加热能源,热泵热水器做为加热设备,其原理为:系统分时段(或全天候,依用户实际用水情况而定)检测水箱内水温,若水温不够,则控制器发出指令,空气源热泵启动,当水温达到设定温度时,空气源热泵停止。采用空气源热泵做为辅助加热,是运行费用的一种,,清洁环保,符合发展趋势,但投资较高。
6. 供水系统:
在太阳能热水系统中,主要有电磁(动)阀定时供热水,定时加压供热水,全天候加压供热水等几种形式。
① 电磁(动)阀定时供热水系统 :适用于用户只在规定的时间段内用水,且供水压力足够的情况。是由时间控制器控制电磁(动)阀的启闭来达到定时供水的目的,即电磁(动)阀只在设定时间段内开启,供给用户热水,其余时间关闭。
② 定时加压供水系统 :适用于用户在规定时间段内用水,但供水压力不够,必须设置增压泵的情况,主要有带回水管的定时加压供水,全自动加压泵加压供水,变频加压供水三种方式。
③ 带回水管的定时加压供水 :即加压泵在规定用水时段内不停运转加压,直至热水供完为止。由于带回水管,即使客户不用水时,回水管可起泄压作用,不会引起管路憋压,此种方式一般适用于水箱在楼顶,自上而下的供水方式。
④ 全自动加压泵供水 :在规定时间内,由全自动加压泵完成加压供水功能。全自动加压泵可根据供水压力自动控制泵的启动和停止,方便可靠,但此种方式一般用于供水流量不大于2m3/h的系统中。
⑤ 变频加压供水 :采用变频器控制水泵运行达到恒压供水的目的,其原理为:变频器根据反馈的压力信号自动调整水泵电机的转速,使供水管网内水压始终稳定在某一设定数值,即恒压供水,可避免出现客户用水时水量忽大忽小,水温忽高忽低的情况,是现行供水加压方案中可靠的一种方式,适用于各种需要加压供水的场合,但其控制相对要复杂得多,需专门的技术人员维护保养,且设备费用昂贵,只有供水要求高,且资金充裕的单位才会选用。
⑥ 全天候加压供水 :适用于客户全天候用水,且供水压力不足的情况,主要有
全自动加压供水和变频供水两种情况,其运行原理和上述相似,不再重复。
7. 回水系统
回水系统的作用是利用水泵将供水管网内已降温的冷水(由于用户较长时间不用水而产生的)顶回水箱,使供水管网内又充满可使用的热水,达到客户一开即有热水使用的目的,既保证了使用效果,又减少了浪费。回水系统由回水管、回水泵及控制系统组成,其原理为:在回水管网末端设置温度探头,当探头测得水温设定温度时,回水泵启动,将水箱内热水压入供水管网,而管内已降温的水则被热水顶回储热水箱;当探头测得水温达到设定温度时,回水泵停止。回水系统一般用于全天候供水系统或供水管网比较庞大的系统。