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太阳能热水系统

太阳能热水系统是利用太阳能集热器,收集太阳辐射能把水加热的一种装置,是目前太阳热能应

珠海研泰科技专业开发“太阳能热水系统”


太阳能热水系统是利用太阳能集热器,收集太阳辐射能把水加热的一种装置,是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。 太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为:自然循环式太阳能热水器、强制循环式太阳能热水系统、储置式太阳能热水器等三种。
1.环保效益——相对于使用化石燃料制造热水,能减少对环境的污染及温室气体-二氧化碳的产生。
2.节省能源——太阳能是属于每个人的能源,只要有场地与设备,任何人都可免费使用它。
3.安全——不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危险,或使用燃料油锅炉有爆炸的顾虑,或使用电力会有漏电的可能。
4.不占空间——不需专人操作自动运转。另外,太阳能集热器装在屋顶上,不会占用任何室内空间。
5.具经济效益——正常的太阳能热水器是不易损坏,寿命至少在十年以上,甚至有到二十年的,因为基本热源为免费的太阳能,所以使用它十分符合经济成本效益。
系统中的集热元件,其功能相当于电热水器中的电加热管。和电热水器、燃气热水器不同的是,太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量,故而加热时间只能在有太阳照射的白昼,所以有时需要辅助加热,如锅炉、电加热等。
和电热水器的保温水箱一样,是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作,而人们一般在晚上才使用热水,所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用搪瓷内胆承压保温水箱,保温效果好,耐腐蚀,水质清洁,使用寿命可长达20年以上。
将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的通道,使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温防冻处理。管道必须有很高的质量,保证有20年以上的使用寿命。
太阳能热水系统与普通太阳能热水器的区别就是控制中心。作为一个系统,控制中心负责整个系统的监控、运行、调节等功能,的技术已经可以通过互联网远程控制系统的正常运行。
太阳能热水系统控制中心主要由电脑软件及变电箱、循环泵组成。
板壳式全焊接换热器吸取了可拆板式换热器高效、紧凑的优点,弥补了管壳式换热器换热效率低、占地大等缺点。板壳式换热器传热板片呈波状椭圆形,圆形板片增加热长,大大提高传热性能。广泛用于高温、高压条件的换热工况。
国际标准ISO9459〖15 〗对太阳能热水系统提出了科学的分类方法,即按照太阳能热水系统的七个特征进行分类,其中每个特征又都分为2-3种类型,从而构成了一个严谨的太阳能热水系统分类体系,如表所示。
表太阳能热水系统的分类,译自国际标准ISO9459〖15 〗
特征
类型
A
B
C
1
太阳能单独系统
太阳能预热系统
太阳能带辅助能源系统
2
直接系统
间接系统
3
敞开系统
开口系统
封闭系统
4
充满系统
回流系统
排放系统
5
自然循环系统
强制循环系统
6
循环系统
直流系统
7
分体式系统
紧凑式系统
整体式系统
1.第1特征表示系统中太阳能与其他能源的关系
1.1太阳能单独系统---没有任何辅助能源的太阳能热水系统;
1.2太阳能预热系统---在水进入任何其他类型加热器之前,对水进行预热的太阳能热水系统;
1.3太阳能带辅助能源系统---联合使用太阳能和辅助能源,并可不依赖于太阳能而提供所需热能的太阳能热水系统;
2.第2特征表示集热器内传热工质是否为用户消费的热水
2.1直接系统---传热工质(水)最终被用户消费或循环流至用户的热水直接流经集热器的系统,亦称为单循环系统或单回路系统;
2.2间接系统---传热工质不是最终被用户消费,或循环流至用户的水不做为传热工质而是其他传热工质流经集热器的系统,亦称为双循环系统或双回路系统。
3.第3特征表示系统传热工质与大气接触的情况
3.1敞开系统---传热工质与大气有大面积接触的系统,其接触面主要在蓄热装置的敞开面;
3.2开口系统---传热工质与大气的接触仅限于补给箱和膨胀箱的自由表面或排气管开口的系统;
3.3封闭系统---传热工质与大气完全隔离的系统。
4.第4特征表示传热工质在集热器内的状况
4.1充满系统---在集热器内始终充满传热工质的系统;
4.2回流系统---作为正常工作循环的一部分,传热工质在泵停止运行时由集热器流入到蓄热装置,而在泵重新开启时又流入集热器的系统;
4.3排放系统---为了防冻目的,水可以从集热器排出而不再利用的系统。
5.第5特征表示系统循环的种类
5.1自然循环系统---仅仅利用传热工质的密度变化来实现集热器和蓄热装置(或换热器)之间进行循环的系统,亦称为热虹吸系统;
5.2强制循环系统---利用泵迫使传热工质通过集热器进行循环的系统,亦称为强迫循环系统或机械循环系统。
6.第6特征表示系统的运行方式
6.1 循环系统---运行期间,传热工质在集热器和蓄热装置之间进行循环的系统;
6.2 直流式系统---有待加热的传热工质一次流过集热器后,进入蓄热装置(储水箱)或进入使用辅助能源加热设备的系统,有时亦称为定温防水系统。
7.第7特征表示系统中集热器与储水箱的相对位置
7.1分体式系统---储水箱和集热器之间分开一定距离安装的系统;
7.2紧凑式系统---将储水箱直接安装在集热器相邻位置上的系统,通常已成为紧凑式太阳能热水器;
7.3整体式系统---将集热器作为储水箱的系统,通常亦称为闷晒式太阳能热水器。
实际上,同一套太阳能热水系统往往同时具备上述7个特征中的各一种类型。譬如,在北京泰鹏大厦太阳能热水系统使用的一套典型的太阳能热水系统,可以同时是太阳能带辅助能源系统、间接系统、封闭系统、充满系统、强制循环系统和分体式系统。
当然,除了按系统的特征进行分类之外,还有其他一些常用的分类方法,现列出其中两种。
1.按太阳能集热器的类型分类
平板太阳能热水系统---采用平板集热器的太阳能热水系统;
真空管太阳能热水系统---采用真空管集热器的太阳能热水系统;
U型管太阳能热水系统---采用U型管集热器的太阳能热水系统;
热管太阳能热水系统---采用热管集热器的太阳能热水系统。
陶瓷太阳能热水系统---采用陶瓷太阳能集热器的太阳能热水系统。
2.按储水箱的容积进行分类
根据用户对热水供应的需求,确定储水箱的容量。按照储水箱的容积,系统可分为:
家用太阳能热水系统---储水箱容积小于0.6m3的太阳能热水系统,通常亦称为家用太阳能热水器;
公用太阳能热水系统---储水箱容积大于等于0.6 mm3的太阳能热水系统,通常亦称为太阳能热水系统。
系统组成:真空管集热器、可连接水箱、可调整支架、换热器。
无动力循环即热式太阳能热水系统运行原理:真空管内的水遇到阳光辐射后,开始升温,管内的水升温后密度变小,自然循环到水箱内,逐步把水箱内的水加热,升温后的水储存在具有聚氨酯发泡保温的的水箱内。室内冷水经过水箱内固定好的波纹管流道流过,把带有压力的自来水温升到几乎与水箱内水温相同的温度(温差小于2度)流出。从而获得稳定、有压力的、洁净的热水。
自然循环太阳能热水系统是依靠集热器和储水箱中的温差,形成系统的热虹吸压头,使水在系统中循环;与此同时,将集热器的有用能量收益通过加热水,不断储存在储水箱内。
系统运行过程中,集热器内的水受太阳能辐射能加热,温度升高,密度降低,加热后的水在集热器内逐步上升,从集热器的上循环管进入储水箱的上部;与此同时,储水箱底部的冷水由下循环管流入集热器的底部;这样经过一段时间后,储水箱中的水形成明显的温度分层,上层水首先达到可使用的温度,直至整个储水箱的水都可以使用。
用热水时,有两种取热水的方法。一种是有补水箱,由补水箱向储水箱底部补充冷水,将储水箱上层热水顶出使用,其水位由补水箱内的浮球阀控制,有时称这种方法为顶水法;另一种是无补水箱,热水依靠本身重力从储水箱底部落下使用,有时称这种方法为落水法。
强制循环太阳能热水系统是在集热器和储水箱之间管路上设置水泵,作为系统中水的循环动力;与此同时,集热器的有用能量收益通过加热水,不断储存在储水箱内。
系统运行过程中,循环泵的启动和关闭必须要有控制,否则既浪费电能又损失热能。通常温差控制较为普及,有时还同时应用温差控制和光电控制两种。
温差控制是利用集热器出口处水温和贮水箱底部水温之间的温差来控制循环泵的运行。
早晨日出后,集热器内的水受太阳辐射能加热,温度逐步升高,一旦集热器出口处温和贮水箱底部水温之间的温差达到设定值(一般8~10℃)时,温差控制器给出信号,启动循环泵,系统开始运行;遇到云遮日或下午日落前,太阳辐照度降低,集热器温度逐步下降,一旦集热器出口处水温和贮水箱底部水温之间的温差达到另一设定值(一般3~4℃)时,温差控制器给出信号,关闭循环泵,系统停止运行。
用热水时,同样有两种取热水的方法:顶水法和落水法。
顶水法是向贮水箱底部补充冷水(自来水),将贮水箱上层热水顶出使用;落水法是依靠热水本身重力从贮水箱底部落下使用。在强制循环条件下,由于贮水箱内的水得到充分的混合,不出现明显的温度分层,所以顶水法和落水法都一开始就可以取到热水。顶水法与落水法相比,其优点是热水在压力下的喷淋可提高使用者的舒适度,而且不必考虑向贮水箱补水的问题;缺点也是从贮水箱底部进入的冷水会与贮水箱内的热水掺混。落水法的优点是没有冷热水的掺混,但缺点是热水靠重力落下而影响使用者的舒适度,而且必须每天考虑向贮水箱补水的问题。
在双回路的强制循环系统中,换热器既可以是置于贮水箱内的浸没式换热器,也可以是置于贮水箱外的板式换热器。板式换热器与浸没式换热器相比,有许多优点:其一,板式换热器的换热面积大,传热温差小,对系统效率影响少;其二,板式换热器设置在系统管路之中,灵活性较大,便于系统设计布置;其三,板式换热器已商品化、标准化,质量容易保证,可靠性好。
强制循环系统可适用于大、中、小型各种规模的太阳能热水系统。
直流式太阳能热水系统是使水一次通过集热器就被加热到所需的温度,被加热的热水陆续进入贮水箱中。
系统运行过程中,为了得到温度符合用户要求的热水,通常采用定温放水的方法。集热器进口管与自来水管连接。集热器内的水受太阳辐射能加热后,温度逐步升高。在集热器出口处安装测温元件,通过温度控制器,控制安装在集热器进口管理上电动阀的开度,根据集热器出口温度来调节集热器进口水流量,使出口水温始终保持恒定。这种系统运行的可靠性取决于变流量电动阀和控制器的工作质量。
有些系统为了避免对电动阀和控制器提出苛刻的要求,将电动阀安装在集热器出口处,而且电动阀只有开启和关闭两种状态。当集热器出口温度达到某一设定值时,通过温度控制器,开启电动阀,热水从集热器出口注入贮水箱,与此同时冷水(自来水)补充进入集热器,直至集热器出口温度低于设定值时,关闭电动阀,然后重复上述过程。这种定温放水的方法虽然比较简单,但由于电动阀关闭有滞后现象,所以得到的热水温度会比设定值低一些。
直流式系统有许多优点:其一,与强制循环系统相比,不需要设置水泵;其二,与自然循环系统相比,贮水箱可以放在室内;其三,与循环系统相比,每天较早地得到可用热水,而且只要有一段见晴时刻,就可以得到一定量的可用热水;其四,容易实现冬季夜间系统排空防冻的设计。直流式系统的缺点是要求性能可靠的变流量电动阀和控制器,使系统复杂,投资增大。
直流式系统主要适用于大型太阳能热水系统。
在太阳能热水系统中,贮水箱是用于储存由太阳能集热器产生的热量,有时也称为“储热水箱”。利用液体(特别是水)进行储热,是各种热储存方式中理论和技术都最成熟、推广和应用最普遍的一种。通常希望所用液体除具有较大的比热容之外,还具有较高的沸点和较低的蒸气压,前者是避免发生相变(变为气态),后者则是为减小对储热容器产生的压力。在低温液态蓄热介质中,水是性能最好,因而也是最常使用的一种。
优点
①物理、化学和热水学性质很稳定,人们对它了解得十分清楚,使用技术最成熟;
②可以兼作蓄热介质和传热介质,在储热系统内可以免除热交换器;
③传热及液体特性相当好,在常用液体中,其比热容最大,热膨胀系数较小,黏滞性小,很适合于自然循环和强制循环;
④液态-气态平衡时的温度-压力关系十分关系十分适用于平板太阳能集热器;
⑤来源丰富,价格低廉。
缺点
①作为一种电解腐蚀性物质,所产生的氧气易于锈蚀金属,且对于大部分气体(特别是氧气)来说都是溶剂,因而对容器和管道容易产生腐蚀;
②凝固(结冰)时体积膨胀较大(达10%左右),易对容器和管道造成破坏;
③在中温以上(超过100℃),它的蒸气压随其热水温度的升高而指数增大,帮用水来储热,温度和压力都不能超过其临界点(373.0℃,2.2×10Pa),如就成本而言,储热温度为300℃时的成本比储热温度为200℃时的成本要高出2.75倍。
利用水作为蓄热介质时,可以选用不锈钢、搪瓷、塑料、铝合金、铜、铁、钢筋水泥、木材等各种材料制作储热容器,其形状可以是圆柱形、箱形和球形等,但应注意所用材料的防腐蚀性和耐久性。例如选用水泥和木材作为储热容器材料时,就必须考虑其热膨胀性,便防止因长久使用产生裂缝而漏水。
储热水箱储热水箱是一种既可以储热又可以蓄冷的装置。它是在给建筑物供应热水、供暖以及空调的系统中作为一个组成部件而发展起来的,主要用于调节能源与能耗之间的不平衡,以便提高系统的热利用效率及满足热负荷的需要。
储热水箱由于放热特性(完全压出流、完全混合流和部分混合流)、压力状态(敞开式和封闭式)、水箱数多少(单箱和多箱)、水箱的安装方式(立式或纵式和卧式或横式)、结构材料以及用途等的不同,可以分为各种不同的类型。下面仅就前两者进行重点介绍。
按照储热水箱的放热特性(或储热水箱内的混合特性),可以分为完全压出流、完全混合流和部分混合流三类。如以υ表示水流速度,L表示水箱长度,E表示混合扩散系数,则上述三类可以根据箱内水温的混合程度或混合特性M=υL/(2E)值的大小进行分类。
⑴完全压出流
或称活塞流,即水箱内的完全是活塞式流动,箱内存在冷热两个水域,二者的分界面十分清晰,表明几乎没有混合,这时可以认为E→0或M→∞。当储热水箱放热(冷)时,水流从底(顶)部进入,热量可以全部加以利用,这是一种理想状态,如图2-11所示。假定在储热水箱内盛有100L温度为80℃的热水,然后从底部进口A处缓慢地注入20℃的冷水,而在出口B处流出的则全部是80℃的热水。但当流出的水量风一超过100L,则水温立即降为20℃。
⑵完全混合流
水箱内的温度完全均匀一致,表明混合得非常充分,这时可以认为E→∞或M→0。通常情况下,这只有在储热水箱内安装强力搅拌机,当它一边搅拌一边缓慢地注入冷水时才有可能实现。开始时从出口B处流出的水温是80℃,然后随着时间的推移,水温按指数函数的形式降低,当流出水量刚好达到100L时,水温已降为80×e≈29.3℃左右。
⑶部分混合流
或称为温度分层流,表明水箱内的温度分布不均匀,出现分层情况,这是可以认为E值有限,即0<E<∞,因此M值也有限,0<M<;∞。在通常情况下,一般储热水箱内的情况大都如此。
按照储热水箱的压力状态,可以分为敞开式和封闭式两类。在通常的大气压力下,空间采取何种形式为宜,需视实际情况而定。
⑴敞开式
因水箱与大气相通,承受压力较小,但容易受酸性腐蚀,且由于氧气易溶于水,故对容器的耐腐蚀性要求较高;另外,系统所用消耗伯扬程也要求较高。一般多用于大型太阳能系统。
⑵封闭式
因水箱内充满水,故上方应设置膨胀箱,以避免将储热水箱破坏。其优点是配管系统简单,所需水泵的扬程较小,因而循环泵消耗的动力较少;其缺点是所承受的静压力比较大,对储热水箱的耐压要求也比较高,因而耐压容器的设备费用较高。一般多用于小型太阳能系统。
实际应用中,建筑物的供热水系统和屋顶的储热水箱(与自然循环热水系统配套使用)大都是敞开式的;此外,利用基础梁的空间作为储热水箱以及使用混凝土制的单独储热水箱也都是敞开式的。相反,当系统运行温度在100℃以上时,除非采用特殊的传热介质,否则所用储热水箱必须是封闭的;此外,放置在地面上的强制循环热水系统的储热水箱也大都是封闭式的。
储热水箱的结构材料,敞开式的多用镀锌钢板、不锈钢和玻璃钢等,而封闭式的则多用搪瓷、不锈钢和玻璃钢等。
储热水箱的结构形式,多半采用圆筒形,一则易于加工,易于封闭,比较经济;二则放热性能较好,所形成的死水区域较小;三则具有较好的耐压性(在内压相同的情况下,作用在圆筒壁上的张力与半径成正比)。
⑴热动态特性的主要参数
①储热水箱内死水区域的大小;
②由储热水箱内不同温度的水的混合程度所确定的混合特性M值的大小;
③储热材料内部所存在的温度梯度;
④热交换器的热容量;
⑤与储热水箱连接的管道系统的热容量;
⑥储热水箱本身以及与其相接触的周围环境的热容量(适用于埋在地下的储热水箱)。
对于利用水作为蓄热介质的储热水箱来说,因为不必使用热交换器,故可不考虑上列③④两项。
⑵影响热动态特性的因素
①水箱内流体的混合状况—在实际使用的储热水箱中,水流线有可能形成非完全活塞流的形式,这样不仅不能充分地储热,也会使所储存的热量不能得到完全的利用。
②水箱的结构和循环水量—主要是指水箱内隔板的数量和配置方式,连通管的数量、管径和设置位置,还有箱的形状和循环水量等。
③失热和得热—由于水箱本身具有围护结构表面,故不可避免地会有失热和得热。对于为削平瞬时用热高峰而设置的短期储热水箱来说,如果埋于地下又采取隔热措施,则对其热动态特性反而不利,因为土壤具有热容量,也能起到一定的储热作用。
④储热温度和取热温度—所谓储热温度,是指储热终了时水箱内的平均水温;所谓取热温度,则是指从水箱内取热时的出口水温。热量能否充分地加以利用以及整个储热水箱运行时间的长短,都与这两个温度的取法密切相关。
在使用储热水箱时,出口水温的变化状况对于热负荷来说是重要的。从理论上讲,可以通过求得箱内的水温分布情况来获得输入温度和输出温度(即通常所谓的进、出口温度)之间的函数关系。但这样做就必须应用三维的连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程来求解,步骤十分复杂,所需计算程序也很长。
在实际设计中,并不需要直接了解箱内的水温分布温度,而只需知道输入温度和输入热量随时间的变化情况,并能求得输出温度随时间变化的结果即可。主要使用的是“瞬态响应法”,即把整个水箱视作一个系统。如果假定输入和输出之间存在着线性关系(当进、出口水温相差不大时,即可近似地认为如此),则对于任何输入温度的变化,都可通过卷积积分求得其输出温度的变化。
总之,利用储热水箱作为热水、采暖及空调系统的小规模和短期储热装置,在太阳能热利用中起着重要的作用,并已取得了一系列的实际应用。如果需要进行大规模和跨季度长期储热,近二三十年来已有一些国家开始研究地下含水层作为有效的储热和节能措施。
太阳能热水系统中的集热器及其置于室外的管路,在严冬季节常常因积存在其中的水结冰膨胀而胀裂损坏,尤其是高纬度寒冷地区,因此必须从技术上考虑太阳能热水系统的“越冬”防冻措施。常用的太阳能热水系统防冻措施大致有以下几种。
集热器是太阳能热水系统中必须暴露在室外的重要部件,如果直接选用具有防冻功能的集热器,就可以避免对集热器在严冬季节冻坏的担忧。
本书第1章介绍的热管式真空管集热器以及内插管的全玻璃真空管集热器都属于具有防冻功能的集热器,因为被加热的水都不直接进入真空管内,真空管的玻璃罩管不接触水,再加上热管本身的工质容量又很少,所以即使在零下几十摄氏度的环境温度下真空管也不冻坏。
另一种具有防冻功能的集热器是热管平板集热器,它跟普通平板集热器的不同之处在于,吸热板的排管位置上用热管代替,以低沸点、低凝固点介质作为热管的工质,因而吸热板也不会冻坏,不过由于热管平板集热器的技术经济性能不及上述真空管集热器,应用尚不普遍。
双循环系统(或称双回路系统)就是在太阳能热水系统中设置换热器,集热器与换热器的热侧组成第一循环(或称第一回路),并使用低凝固点的防冻液作传热工质,从而实现系统的防冻。双循环系统在自然循环和强制循环两类太阳能热水系统中都可以使用。
在自然循环系统中,尽管第一回路使用了防冻液,但由于贮水箱置于室外,系统的补冷水箱与供热水管也部分敷设在室外,在严寒的冬夜,这些室外管路虽有保温措施,但仍不能保证避免管中的水不结冰。因此,在系统设计时需要考虑采取某种设施,在用毕后使管路中的热水排空。例如采用虹吸式取热水管,兼作补冷水管,在其顶部设通大气阀,控制其开闭,实现该管路的排空。
在强制循环的单回路系统中,一般采用温差控制循环水泵的运转,贮水箱通常置于室内(底层或地下室)。冬季白天,在有足够的太阳辐照时,温差控制器开启循环水泵,集热器可以正常运行;夜晚或阴天,在太阳辐照不足时,温差控制器关闭循环水泵,这时集热器和管路中的水由于重力作用全部回流到贮水箱中,避免因集热器和管路中的水结冰而损坏;次日白天或太阳辐照再次足够时,温差控制器再次开启循环水泵,将贮水箱内的水重新泵入偏执器中,系统可以继续运行。这种防冻系统简单可靠,不需增设其他设备,但系统中的循环水泵要有较高的扬程。
近几年,国外开始将回流防冻措施应用于双回路系统,其第一回路不使用防冻液而仍使用水作为集热器的传热介质。当夜晚或阴天太阳辐照不足时,循环水泵自动关闭,集热器中的水通过虹作用流入专门设置的小贮水箱中,待次日白天或太阳辐照再次足够时,重新泵入集热器,使系统继续运行。
在自然循环或强制循环的单回路系统中,在集热器吸热体的下部或室外环境温度最低处的管路上埋设温度敏感元件,接至控制器。当集热器内或室外管路中的水温接近冻结温度(3~4℃)时,控制器将根据温度敏感元件传送的信号,开启排放阀和通大气阀,集热器和室外管路中的水由于重力作用排放到系统外,不再重新使用,从而达到防冻的目的。
在强制循环的单回路系统中,在集热器吸热体的下部或室外环境温度最低处的管路上埋置温度敏感元件,接至控制器。当集热器内或室外管路中的水温接近冻结温度(如3~4℃)时,控制器打开电源,启动循环水泵,将贮水箱内的热水送往集热器,使集热器和管路中的水温升高。当集热器或管路中的水温升高到某设定值(或当水泵运转某设定时段)时,控制器关断电源,循环水泵停止工作。这种防冻方法由于要消耗一定的动力以驱动循环水泵,因而适用于偶尔发生冰冻的非严寒地区。
在自然循环或强制循环的单回路系统中,将室外管路中最易结冰的部分敷设自限式电热带。它是利用一个热敏电阻设置在电热带附近并接到电热带的电路中。当电热带通电后,在加热管路中水的同时也使热敏电阻的温度升高,随之热敏电阻的电阻增加;当热敏电阻的电阻增加到某个数值时,电路中断,电热带停止通电,温度逐步下降。这样无数次重复,既保证室外管路中的水不结冰,又防止电热带温度过高造成危险。这种防冻方法也要消耗一定的电能,但对于十分寒冷的地区还是行之有效的。
生活用热水(盥洗、淋浴)的温度要大于体温,一般在39-42°比较适宜,厨房洗碗可以用相对比较高温的水(70°以上),可以省去洗洁精等化学合成剂,所以热水的供应应满足生活的需要,45-60°比较适宜,且不易结垢,国家规范生活热水水温≤60°间接加热热媒温度≤90°
用量表60℃热水用水定额
序号
建筑物名称
单位
最高日用水定额
(L)
使用时间
(H)
1
住宅
有自备热水供应和沐浴设备
有集中热水供应和沐浴设备
每人
每日
40~80
60~100
24
24
2
别墅
每人每日
70~100
24
3
旅馆
设公用 盥洗室
设公用盥洗室、沐浴室、洗衣室
设单独卫生间、公用洗衣室
每人每日
每人每日
每人每日
每人每日
25~40
40~60
50~80
60~100
24或定时供应
4
宾馆、客房
旅客
员工
每床位每日
每人每日
120~160
40~50
24
5
医院住院部
设公用盥洗室
设公用盥洗室、沐浴室
设单独卫生间
门诊部、诊疗所
疗养院、休养所住房部
每床位每日
每床位每日
每床位每日
每床位每次
每床位每日
40~80
60~100
110~200
7~13
100~160
24
6
养老院
每床位每日
50~70
24
7
幼儿园、托儿所
有住宿
无住宿
每儿童每日
每儿童每日
50~40
10~15
24
10
8
公共浴室
沐浴
沐浴、浴盆
桑拿浴(沐浴、按摩池)
每顾客每次
每顾客每次
每顾客每次
40~60
60~80
40~60
12
12
12
9
理发精通、美容院
每顾客每次
10~15
12
10
洗衣房
每公斤干衣
10~30
8
11
餐饮厅
营业餐厅
快餐店、职工及学生食堂
酒吧、咖啡厅、茶座、卡拉OK房
每顾客每次
每顾客每次
每顾客每次
15~20
7~10
3~8
10~12
11
18
12
办公楼
每人每班
5~10
8
13
健身中心
每人每次
15~25
12
14
体育场(馆)
运动员沐浴
每人每次
25~35
4
15
会议厅
每座位每次
2~3
4
一般市政冷水供水的压力3-6公斤/平方厘米,(0.3-0.6MPa),实际用水末端的压力一般在2-3公斤(20米-30米水柱)。
热水的压力与冷水的压力相等时调水时相对容易,冷热水的压力差别越大,调水越不好调,尤其是开式太阳能热水器,热水的压力源自水箱与用水末端的垂直距离,一般很难达到与冷水压力相等的状态,尤其是顶层安装太阳能的用户,热水压力一般也就是3米,与冷水压力差别10倍,所以用热水就会很困难,表现一是调水不好调,二是热水不能喷出来,只能是沥沥啦啦。
实际上在热水压力为1.5公斤时,既能达到舒适的用水压力,再有热水的用量也比较节省,既舒适又环保。
1) 开式水箱,与大气相通,顶端会有一个富氧层
2) 真空管底部的水不能排出,水箱内的水每次不一定用完
3) 水温环境40-60°时候比较多
这样就给细菌的滋生提供很好的条件,早在几年前就有因饮用太阳能的水而胃肠生病的报道,而且时间久了还会有亚硝酸盐等致癌物产生。
工程名称:中国人民解放军第二炮兵部队专家楼太阳能热水系统。
承建单位:北京索乐阳光能源科技有限公司。
工程所在地址:北京市昌平立水桥。
建筑性质与形式:独栋和联体别墅。
用热水人数:4-6人/户,共计32户,每户建筑面积约600 m。
当地的太阳辐照量:水平面平均日辐照量:14.106MJ/ma。
当地气候条件:年平均气温11.5℃,日照时数2910h。
系统介绍
选用平板集热器和U型管集热器,每户集热器面积共9 m。
利用储热水箱的盘管换热器满足生活热水。
集热器附着在斜屋顶,与建筑物同步设计、同步安装。
管路系统与建筑物同步设计、同步安装。
辅助能源采用电加热,3KW。
储热水箱的容积1200升。
系统原理图实景图片
1. 安装面积
自上世纪90年代初期,真空管太阳能的出现开始,太阳能热水器开始的得到大多数百姓的认可,主要解决了四季都可使用热水的问题,中国一家大型太阳能企业的安装量能比得上欧盟的安装总和,在集热面积的推广上中国当之无愧的第一。
2. 安装费用
中国家庭使用的主流产品是普通敞开式太阳能热水器,这种热水器的价格每台2000-5000人民币,工程产品的价格每吨水(加热到45°)20000元人民币左右,发达国家的产品价格及安装费用要数倍于国内市场。
3. 集热器的形式
国内家用机大部分采用全玻璃真空管集热器,商用机也主要以全玻璃真空管集热器为主,这种集热器价格相对低廉,但产品的安全性、稳定性低,其他金属流道集热器相对较少,如平板集热器、热管集热器、U型管集热器,平板集热器在中国南方所占比重要多一点。
国外太阳能集热器以金属流道为主,尤其以平板集热器居多,这种集热器以寿命长、稳定性高,以及可以相对更好的与建筑结合,使用量比较多。
4. 集热方式
国内家用机以紧凑式真空管式为主,一次换热、敞开式无压系统,将自来水加热后直接使用,这种系统安装成本低廉,但稳定定性差,使用不方便,不能完全满足生活热水的使用标准,合格的热水需要满足四大要素:水温、水量、水质、水压,国内普通太阳能热水器只满足了两个条件即水温和水量,在水质和水压方面不能达到使用标准。
商用系统方面也同样以敞开式一次换热为主,室外管冻裂、水压、水质问题依然严重,但极大地满足了中国客户简单的、基本的热水需求,使一般中国百姓改善了生活中从没有热水到能有热水使用的状况,但距离完美的热水系统还有很长的路要走,也有少量国内企业在这方面也动了很多心思,可以做到出水承压,水质新鲜可饮用,但推广的量比较少。
欧美国家的家用和商用系统一般采用集热器和水箱分离的系统,采用二次换热系统,一次换热采用太阳液做换热介质,防止管路冻结。在西班牙,明文规定太阳能的室外管线必须采用防冻液换热,不得将一次水系统设计在室外,换热器两侧均采用闭式系统,蓄能水箱也均采用闭式水罐,并可以有多种方式与常规热源的自动接驳。
5. 与建筑的结合情况
国内家用太阳能热水器一般采用圆形水箱,相对建筑来讲,比较突兀,很难与建筑完美结合,商用机采用管式,将集热器以30°到50°的倾角倾斜在屋面上,比较呆板。北京有一家公司叫北京索乐阳光在这方面做了很好的示范,有相对新颖的设计,比如将水箱设计成六方型、方圆形的,水箱的颜色也不再是珠光白、大红、大绿,而使用相对沉稳的灰色,与建筑颜色比较相匹配。集热器的布置,可以平铺到屋面或者做成弧面状,显得更有灵性。
 
国外在这方面做的比国内好很多,一般欧美国家的屋面以坡屋面居多,大量使用平板集热器,外观平整,似天窗,水箱设计时放在室内,这种系统复杂,系统效率也比紧凑式一体机能耗大、效率低,造价也比较高,不适合在国内大面积推广。
6. 企业运营方式
太阳能系统看似简单,其实在热水系统里面是最难做好的一种,一般常规能源来讲,设备安置在室内设备间,会有稳定的能源供给,而太阳能系统则不成,集热器必须露天放置,风吹、雨淋、冰冻、暴晒,满足长期室外的恶劣天气,阳光辐射的强度、入射的倾角没有一刻是相同的,且阴天、雨雪,晚上就没了,所以要做好这种太阳能系统,将不稳定的能源变成稳定、持续、标准的热源,相比常规热源的难度是可想而知,由于种种原因,跑、冒、滴、漏冬季不能正常运行的情况时常发生,太阳能系统自身的能耗高也是很大的一个问题。
实际上用户的使用、安装条件都是不同的,都是个性化的需求,如何将这种个性化的设计、安装做到完美,在国内的这种商业模式是很难做好的。
国内的企业一般是生产厂家+代理商的模式,著名厂家比如皇明、清华阳光、桑普、天普、太阳雨、力诺瑞特,都采取这种方式,这种模式厂家生产规模很大,主要是规模化生产,从集热器毛坯玻璃管、水箱、温控仪的电子设备、钣金,所有的部件都由厂家完成,再大的厂家甚至从矿山开始,炼制集热器用的玻璃,生产链很长,涉及多行业、多产品、多部门。厂家更多的是专注于产品自身的生产,系统的设计、安装、维护只有代理商进行。厂家要比代理商强势得多,而他们的代理商往往以小老板、夫妻店居多,公司化运作的占不到总数量的10%,安装人员的培训较少,素质相对比较低,主要以新时代的农民工为主,缺乏专业的培训,中国的其他行业也有很多这种情况,可能与中国的教育制度有关,技工层面的人员缺失。厂家和安装商两级的法人结构造成在沟通能力、协调能力、安装水准方面产生很多问题。
国外这种专业的分工更细致、更专注,集热器、储水箱、温控仪、太阳能专用辅材的生产,专门有不同的生产厂家完成,他们更专注于某一个领域,产品的稳定性、使用年限都比国内优秀,最后的安装由专业的有资质的系统集成商来完成,由他们整合客户的设计、产品的选型、实地的安装、维护。这样的系统才能有更好的个性化设计,最大限度的满足用户的使用要求,系统集成商对于中国的一般老百姓来讲认知度比较低。
7. 安装能力
要想把一件事情做好,必须把每个细节做好;要想把一件事情做坏,只需一点即可做到。大家都听说过一个马钉毁掉一个王国的故事,即是这个道理。
太阳能的安装不同于普通电热水器的安装,电热水器其实只是一个挂机的安装,太阳能系统则不同,复杂得多,每个用户都是个性化的,需要良好的太阳能主机、认真的测量、设计、有保障的的辅材、标准的安装和负责任的服务,且不同的地域应选择不同的主机、辅材和安装方式,每个环节都做好,使用起来才能放心、舒心。
国内在这方面能够做的很好的不多,主机没问题,辅材问题不断,系统能耗比较大。没有良好的设计、会商制度,施工图纸粗陋,甚至根本没有,师傅带徒弟,图上没有,全靠心里走,时常缺少配件,经常是临时到建材小店里买,容易出问题的可能就是这个小配件,可要知道一个太阳能用的垫片都要高于普通热水器的使用标准,高温时可达100°,低温时又有可能达到-20°,如此反复,普通垫片不漏水就不对了。
国外在这方面做的比我们好很多,前期设计细化,配件质量相对更好一些。
8. 产品的品质及技术水平
中国的产品同欧美发达国家相比还有一定的差距,产品质量、外观设计、系统安全性、稳定性比国外还有一定的差距。
9. 国内太阳能企业对太阳能的误解
⑴ 太阳能在很多时候是不行的,由于阳光辐照量不确定的问题,导致热水供应波动严重,对于集热器的技术非常重视,五花八门的过度宣传,三靶干涉膜、航天镀膜、紫金镀膜、梅花管、三高管、三强管等等,其实太阳能集热器的集热的效率差别一般不会超过5%,往往忽略了储热系统及热量的输送环节。
晴天热量过多,春夏秋三季热量过多,冬季、阴雨天热量不足,太阳能的储热能力就变的异常重要,所以储热量要大,保温效果要好,尽量让热水保持在60度以下运行,这样效率高,不易结垢,也可防止管道和电子元件破坏,而非热水器温度越高越好,要看总热量的多少。
热水输送环节最常见的问题是室外管路保温的防护和探头的敷设位置,一般厂家采用空调行业常用的橡塑保温或聚乙烯保温,这种材料在高温时(80-100°)被烫坏,好多由于没有金属外皮的防护,容易吸水而失效,导致系统大量散热,集热循环探头也没有安装在集热器内部,而是敷设在热水口外侧,甚至热水管道上,探头不能监测集热器真实温度,导致集热循环启动滞后,显示偏低,最终导致系统效率变低。
⑵ 市场现存的真空管集热器、热管集热器、U型管集热器、平板集热器,市场宣传口径也不同,各厂家都在王婆卖瓜,其实每种集热器都有不同的优势,他们单从集热能力上来讲相差不了太多,应根据不同的场所、不同使用要求选择适合的产品,不能单独评说优劣,适合的才是最好的。
⑶ 一般国内厂家把太阳能水箱再内置电加热作为独立的一个热源供应系统用户直接使用,从系统的节能性和稳定性来讲,把太阳能热水作为提高冷水温度的初级热源,然后当温度达到用水温度时直接供出,当水温不够时,再进入常规热源补充加热,这样优先使用太阳能,系统变得高效、稳定,北京融华世家小区的太阳能既是这样的系统,太阳能加热后供给小区热力站,然后再输出到用户。
1.所有施工人员应服从现场管理人员的安排、调动,严格遵守劳动纪律,执行安全规范制度,确保安全生产、文明生产,确保施工质量。
2.施工人员要严格遵守有关工种安全保障规则。上班时间穿戴整齐,严禁穿拖鞋进入工地。
3.施工现场禁止打闹,在有危险的房顶施工应注意系上保险绳,确保人身安全。
4.不得将无关人员带进施工现场。
5.保持住地的卫生,下班后应保持文明举止,不要大声喧哗和做一些不文明的举动。
6.安装人员应严格遵守客户的一切规章制度,除在工作场地和必要的联系地点外,不得到与工作无关的厂房、办公室、仓库等场所;爱护客户公共设备、花木和一切生产和非生产设施。未经客户许可,不得参观客户厂房和设施。
7.施工现场负责人每天应检查施工人员的安全保护,并督促个施工人员在工作之余应注意安全,做一个遵章守纪的公民,不做违法之事。

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