多种太阳能热水系统运行方式原理、优缺点

zj2635

　　本文针对目前存在的几种系统运行方式的原理、优缺点略作浅析，并针对不足之处提出几种新型的系统运行方式。

    一、自然循环系统
0 Z/ A# E0 @; W+ ?$ {
0 J2 T/ k% g$ n    自然循环系统是最原始的太阳能热水工程系统运行方式，在太阳能技术开发初期应用极为广泛,目前在大型热水工程中已经摈弃。
! c! p) N8 r. Q; I
5 J2 L/ i: G$ I! ?& r    运行原理：在太阳光照条件下，真空管吸热加热管内的热水，集热器内的水温被提高，与储热水箱内的水温相比，水温差距较大。因此集热器内的水的比重减小变轻，开始慢慢上升到高位的储热水箱中，而储热水箱内的水由于温度低，因此比重增大变重，水自然流回处于较低位的集热器内.如此不断的循环，使储热水箱内的水温逐渐提高，但这是一个缓慢的过程。水箱内的水位通常采用机械浮球控制。
! X; L4 Q/ A$ x0 d: k
    系统优点：运行方式简单，投资小，设备可维护费用少，适合普通单机太阳能热水器。
8 c4 C1 {; h. R
* \  G+ D- b: A+ E* \    系统缺点：储热水箱必须要高于集热器，而且高度差要大，通常1--2m。储热水箱内的水升温比较缓慢，而且对管道和坡度都有严格的要求，不宜做成较大（30m2以内）的热水工程系统。
" j8 m, Y: Y5 B6 M( |
4 B4 C7 C5 F$ w, V2 v    二、定温放水系统。
8 _1 F( C- O( w5 ]) x+ `- _; q
- k; C1 Q& j/ B& @( D    运行原理：这种方式应用较为广泛，大、小型热水系统均适用。在太阳光照条件下，在太阳能集热器的出水末端增加一个温度探头（水箱内的水位可以采用机械浮球控制也可以采用控制器控制水位探头）。当集热器内的水温达到设定值时，控制器发出信号，控制打开电磁阀，冷水把已经达到设定温度的热水顶入储热水箱并储存起来；当集热器内水温低于设定值时，控制器开始动作使电磁阀自动关闭。如此不断循环使储热水箱内的高温水不断增多，当储热水箱内的水位达到最大水位时，系统关闭，不再进水。

! c$ O7 K1 I2 ~( k8 n' H4 Z& c+ }. w2 T    系统优点：系统运行相对自然循环系统产热水速度大大提高，系统运行由控制器控制，智能化提高，系统相对比较稳定，这种适用于大型热水工程。

4 s+ R* S4 E% X) s6 Q    系统缺点：对储热水箱保温性能要求高，当储热水箱内的水温降低而水箱又处于满水位时，无法使集热器内的高温水继续进入水箱，造成浪费。系统增加控制器及温度探头，设备维护费用提高。
) U7 ?( s7 l1 F0 Q, U9 l3 v' @0 M4 f
. ?6 }8 `! K8 ]    三、温差循环系统
- U4 r5 s7 O5 h9 X; g8 G
    运行原理：这种运行方式在大型热水工程中基本都采用。在太阳光照条件下，在在太阳能集热器的出水末端和水箱内均增加一个温度探头，采用控制器控制，通过设定温差控控制功能，当集热器内的水温与储热水箱中的水温之差达到设定值时，控制器开始动作，控制启动热水循环泵，把集热器中的高温水和储热水箱中的低温水交换循环；当集热器中的水温与储热水箱中的水温之差低于设定值时，控制器开始动作，停止热水循环泵工作；如此不断循环，从而使整个储热水箱中的水温升高。
! E2 j. [5 `* {% ~3 w+ I
    系统优点：系统运行相对定温放水系统产热水速度又大大提高，通过采用循环泵，换热频率提高，可以始终保持储热水箱内的水温相对较高，当水箱为满水位时，当集热器的水温较高时仍然可以循环换热，大大提高集热器的利用率。
) D6 `$ y7 ?7 w' ?( t6 ^3 D# I
2 A8 y( ?0 N1 v    系统缺点；增加了热水循环泵，系统投资费用相对较高，产生一定的运行费用。系统维护费用也相应的提高。

    四、定温放水+温差循环系统
' q8 O. a  W) `+ D9 L+ N6 D# n
    原理：采用定温放水，使进入水箱内的水始终是某以较温度值，当水箱内的水温降低时，采用了温差循环控制系统，使水箱内的水和集热器内的水交换，从而始终保持水箱内的水温为较高温度时，同时可以采用辅助热源这样就能保证全天候产热水。
; p, O! I6 N% R* e$ j
5 {" ]; y; }2 x1 g8 t7 A9 Z7 r    系统优点：系统可以完全智能化，而且运行费用比单独温差循环系统大大降低，最大限度的提高集热器的利用率，如果采用辅助热源即可保证任意时刻的热水供应，不受天气限制。

; i9 [$ \2 l1 k* b1 r7 j5 I6 _    系统缺点：系统对控制器功能要求高，系统投资费用较高，设备维护费用相对较高。
$ y5 M. q2 k5 z7 V" q( m) H
    上述几种运行方式也是比较典型的太阳能热水系统运行方式，尤其是最后一种复合系统是目前应用最广泛的。下面再介绍几种在上述方式基础上新增加的系统运行方式。

    五、定温分区供水

    运行原理：这种方式是在定温放水+温差循环系统的基础之上产生的。这种系统运行方式中通常是在不采用辅助热源的情况下使用。采用自来水先进入储热水箱，通过储热水箱内的水温水位探头将水箱分为若干去高度区域，首次使用自来水上水至一小高度区域，通过定温放水+温差循环系统的方式使这一小区域水温较快提升，然后温度达到设定值，控制器打开电磁阀，使水箱内的水再上升至一小高度区域，然后再提升，再进水，如此不断循环，使水温保持在固定范围内的情况不断提高水箱内的水位。我们称这种方式为定温分区供水。

    系统优点：提高集热器利用率，水温提升速度大大提高，始终保持储热水箱内的水温在一固定范围，节省能源利用。
# G5 L" k6 y4 g- V: E
+ j. V# u9 ^& a2 Z    系统缺点：需要通过具体数据计算来设定分区的大小。例如：设定水温55℃，最低水温45℃，也就是首先计算集热器内满水时的体积V，然后计算V从水温由55℃降到45℃所释放的热量Q，再计算Q可以提升多大体积（V1）从15℃的冷水到55℃。然后通过水箱的总体积和V1来确定分区的大小及数量。
& |2 T8 j1 k9 Q# @
9 u( d  n4 s# T4 D. d    六、副水箱上水定温放水系统

    运行原理：在定温放水的基础上的创新，可以用于典型系统的二、四方式中。基本原理同定温放水一致，只是在上水的方式上有所改变，即采用副水箱上水，自来水先进副水箱，然后水再从副水箱进至集热器，下面的方式就同定温放水一致了。

/ j$ z, J/ B0 v0 \6 Z' H; G7 ^    系统优点：这种方式也是在实际的运行中总结出来的，可以克服自来水压力不稳定的问题，避免了压力过大，损坏水箱的的问题。
( r( |/ Q1 |' O: p1 q3 d, ^
6 L; h5 C; C0 l" |    系统缺点：系统投资成本增加，副水箱体积大小要经过合理的计算。
* n5 d! z/ s8 F4 z) e' Z1 O* V
* F6 }9 V& Y& {: j+ X$ k& f& L3 ]    七、定温管道循环系统

  J" W$ h. {$ Z7 R- C0 q, l: M/ n2 W    运行原理：在使用热水的供热水末端增加一温度探头，自动检测供水末端管路水温，当水温低于设定温度时，控制器动作，控制启动管道热水循环泵，把管路中的水与储热水箱中的水交换，从而使管路中的水温不低于一设定值，用户一打开水龙头就是热水。
: c% |2 @7 S6 f4 s* n
    系统优点：满足现代人24小时全天候热水需求，可以有效的防止管道冻坏之忧。
7 g: G& P6 j/ `  t5 `2 ~
- v% X! w; Z- C$ ^6 K    系统缺点：增加初始投资费用，系统运行费用提高，控制功能相应增加。

3 f; q8 }: _( w' R    以上探讨的几种类型是在典型运行方式的基础上发展起来的，随着人们生活水平的提高，对热水工程要求也不断提高，因此太阳能热水工程运行方式也随之特殊化。不同的地域条件下，采取的方式不同，这就要求我们工程设计人员也要不断提高自己能力，不断创新！走理论与实际结合的道路，在实际设计中不断进步！

dqxinsh2009

原来太阳能热水器还有这么多控制哪，学习了。