浅议太阳能集中热水供应系统的设计要点

【摘要】一、太阳能集中供热水系统运行原理 1、构成 太阳能集中供热水系统主要由六大部分构成。（1）太阳能集热器。通过它吸收太阳光，然后将光能转化为热能。（2）储热水箱，与集热器构成...

摘要：太阳能集中供热水系统遵循太阳能建筑一体化设计原则，符合行业发展趋势。可以为小区用户提供生活热水与冬季供暖，具有较好的经济性、科学性、便捷性和安全性，同时具有节能环保的效果，是未来小区供热系统的一种较好选择。本文主要对太阳能集中热水供应系统的设计要点进行了分析研究。

关键词：太阳能；集中热水供应系统；设计要点

中图分类号：S611 文献标识码： A

引言

建筑太阳能集中供热水结构改变了分户式太阳能供热水系统管道布局的繁杂性和储水箱维护维修复杂性，通过结构设计创新，不但储水量大，热效率提高，而且有效解决了分户用水的费用计量和二次辅热问题，整套系统结构简单，成本低廉，节能效果显著，所涉及技术领域，属于无污染可再生使用的太阳能应用领域，受国家节能减排政策的大力支持，在进行规范化设计后推向高层建筑市场，前景广阔。

一、太阳能集中供热水系统运行原理

1、构成

太阳能集中供热水系统主要由六大部分构成。（1）太阳能集热器。通过它吸收太阳光，然后将光能转化为热能。（2）储热水箱，与集热器构成循环回路，一方面通过水循环将水加热，同时用来补充水量。（3）恒温水箱，它与供热水回路相连，主要用于储存恒温热水。（4）热泵。由于太阳能热水器受天气的影响因素较大，通过热泵就可以在光照不足的条件下进行辅助加热。（5）供热水循环管道。将恒温水箱中的热水引到用户热水系统中。（6）电脑控制系统，对整个系统进行智能化控制。

2、工作原理

当光照充足时，集热器将内部的冷水加热到50 ℃（设定水温），冷水管路上的电磁阀门自动开启，冷水受到自来水进水管网的水压被压入集热器中，同时将集热器中的50 ℃的热水送入储热水箱中存储备用。当冷水到达集热器的出水端口时受到温度检测器的检测，如果温度低于50 ℃，电磁阀门就会立即关闭，知道冷水在集热器内被加热到50 ℃。之后电磁阀门再次开启，从而不断的循环，使储热水箱内部的水位不断上升，一直到水箱水满为止。之后集热器停止进水。当储热水箱水满以后，为了能够充分的利用太阳能。系统中的循环水泵会自动启动，将储热水箱中的热水抽出，然后经过集热器进行进一步的加热，使水温升高到75 ℃，当水温达到预设水温时，循环加热就会停止。这时为了保证储热水箱中水温恒定，可以将热水送入到恒温水箱当中。通过预设水温可以保持整个系统的恒温供水。当恒温水箱中的水温达到51 ℃以上时，进水端口自来水会进入使水温降至50 ℃。如果恒温水箱里水温低于48 ℃时，热泵就会重新启动循环加热使水温达到50 ℃。这样就将恒温水箱内的热水控制在48～52 ℃之间，保障用户使用的水温恒定在50 ℃左右。当光照不足时，热泵就会进行辅助加热。集中供热水系统在设计控制器时，可以根据当地的气候条件和太阳辐射量，设置不同的控制水位。例如可以在每天的四个不同的时间点设置恒温水箱的预设水位。通过控制器对比每天实际水位与预设水位，如果实际水位达不到预设水位，可以启动热泵进行加热。

夏天一般情况下，由于恒温水箱存储了足够的热水，保证了晚上热水的用量，就不需要启动热泵进行加热。考虑到异常用水状况，可以在集中供热水系统中设置最低水位，当用水量增大后，可以往水箱中补充冷水，同时启动热泵，将水加热到50 ℃，从而保证热水的正常供应。

3、系统特点

（1）集热器组可应用于高压力热水系统，因而系统集热面积最大可达数千平方米。（2）系统采用间接换热原理，全玻璃真空太阳集热管可保证永不结水垢，集热效率高。（3）全玻璃太阳真空集热管及联集器中介质水若添加防冻剂，该系统可以在-50 ℃环境温度下正常运行。（4）水箱可为承压水箱，可以放置在任何位置，利用自来水的压力自动顶出热水，随开随用；水箱也可为非承压式水箱，安装于高处，采用落水法用热水。若水箱只能安装于低处，高处用热水则采用热水泵输送。（5）一年四季均可使用，经济性好。冬季为防止循环管道冻裂，系统设有低温保护功能。与辅助能源配套使用，可实现全天候运行。（6）智能控制系统功能齐全、自动运行、操作简便，安全可靠。

二、太阳能集中热水供应系统的设计要点

1、集热器总面积的计算

针对集热器的总面积进行计算，要确定其中几个关键因素的取值。①日用水量，其中包含有用水的人数以及用水的定额等两个方面的内容，例如，在住宅区域之内，按照目前已经设置有的集中式的热水供应系统的建筑的入住率，进行分析，一般的来讲其平均不超过 70%，所以其取值的总人数则需要按照 70%进行计算。日用水定额的计算，需要考虑多方面的因素。在设计和取值的过程当中，需要针对住宅设计的实际情况，进行全面的考虑，并且从经济以及能耗的角度入手，进行必要的调整和改进。②针对太阳能保证率的设计，需要很好的考虑到季节的影响因素，在夏季之时太阳能比较的充分而在冬季之时则热量难以满足实际的要求，所以，对于减少集热系统的热量损失途径进行研究：a.要做好管道、设备以及水箱等的保温工作；b.需要很好的避免集热系统过大进而导致集热管道的长度难以满足设计的需求；c. 还需要对产品设计以及施工安装等流程，进行严格的监督和控制，力求所有工作都扎实到位。

2、集热系统的设计

在集热系统的设计当中，首先需要对集热系统的设计基本规模进行确定，一般的来讲，对于高层的住宅区而言，不易使得设计的规模过大，而在相关的小区集中式的热水供应设计基本规范当中，则是明确的指出集热装置的阵列出水口隔储热水箱之间的距离，需要合理的控制在 300m 以内，这一点极为关键，需要引起足够程度的重视。另外，对于大型的住宅小区以及高层的住宅建筑，如果需要采用太阳能的集中热水供应系统，则一般的还需要以单幢或者是几栋相邻的住宅建筑为一个小型的系统，这样可以保证其节能性达到最佳，为后期的正常稳定使用以及能量的节省，打下了坚实的基础。

3、辅助加热设备

辅助加热设备是相关设计当中的要点和难点。针对辅助加热设备的选择，还需要因地制宜，一般的小型住宅使用的太阳能集中热水供应系统当中，大多数都是选择的电力作为其辅助的加热设备，而设计的方式也较为简便，将电热的原件直接的放置进入储热水箱当中，但是此种类型的加热方式缺点也是非常的明显，其加热的方式需要采取一定的防垢措施。而对于一些住宅式的大型的太阳能集中热水供应设备系统，有条件的应采用空气源或水源热泵等设备来进行辅助式的加热，这样可以保证其耐用并且兼具有较强的安全性。

4、安全措施

针对太阳能集中热水供应系统，需要对防爆、防过热等安全方面的项目，进行全面的设计和技术上的提升，同时，还需要采取一定的防冻措施，使得设备可以在较为寒冷的季节条件之下正常稳定的运行工作，一般的来讲采用的主要防冻措施有四种，即排空法、排回法、倒循环以及添加进入防冻液等等，来达到防冻的目的和效果。

结束语

太阳能集中热水系统在高层建筑中得到了广泛的应用，提高了对资源的利用率，减少了环境的污染，因此具有良好的经济效益和社会效益。在太阳能集中热水系统的设计中要根据屋顶集热的效果，选择合适的集热器和进行恰当的分组，保证其供水和压力的平衡。在施工的过程中要重视设计图纸，加强对施工图纸的审核，并且严格的按照施工工艺和技术进行。

参考文献

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