太阳能热水系统设计原理

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1、太阳能热水系统设计原理一、太阳集热器安装倾角的选取    为了得到最大的年太阳辐照能量，集热器应面向赤道，其安装倾角应近似等于当地纬度角。如果要在冬季获得较佳太阳辐照能量，倾角应等于当地纬度加１０度。而春夏秋三季使用的太阳热水器，集热器安装倾角要比当地纬度小１０度为宜。二、集热器前后排距离的确定    为了使太阳光充分投射到太阳集热器采光面上，要求在热水器使用期内，前排集热器阴影不遮挡后排集热器。对于全年使用的太阳热水器，当集热器在同一水平面安装时，一般要求集热器前后排距离大于太阳集热器安装高度，在我国南方地区，这一距离要小于北方地区，对于不同地区的间距单位估算方法如下。其中ａｓ为太阳高度角

2、，ｈ为集热器安装高度，Ｄ为集热器之间安装距离。显然Ｄ＝ｈ．ｃｏｓａｓ，太阳高度角ａｓ在正午当地纬度角φ大于赤纬角δ时，有ａｓ＝９０°－φ－δ，因而估算出不同地区的安装距离Ｄ值。例如北京冬至时δ＝２３．４ °，则ａｓ＝９０°－４０°－２３．４°＝２６．６°。于是在北京地区太阳集热器安装距离Ｄ＝ｈｃｔｇ２６．６°＝２．ｈ。三、集热器面积的确定    在确定太阳热水系统运行方式和太阳集热器类别之后，可根据太阳热水器的非稳态效率方程式，或太阳集热器瞬时效率曲线方程式、热水器贮热水温度、水量，利用该地区可获得的太阳辐照度、环境温度等气象资料，用数学模型确定不同季节下所需的采光面积。多年工程实践给出，在

3、北京地区若采用优质太阳平板集热器，每平方米集热器从上午９点至下午３时运行，春秋季节可获温度为４０～６０℃的热水６０～８０千克，夏季１００～１２０千克，冬季２５～３５千克，年平均每平方米太阳集热器日产水量７０千克左右。真空管热水器在北京地区年平均每平方米产热水量与平板型太阳热水系统相当。区别在于夏季平板型热水系统产热水量高于真空管热水系统，冬季则真空管热水器产热水量优于平板型太阳热水器。   为了便于工程计算，对于春夏秋三季用太阳热水器，一般设计供热水量与集热器面积的比值为１００千克／米２为宜，全年用热水器取比值为５０～７０千克／米２为好。若选择容水量与集热器面积比值过大，虽然系统效率提高，但

4、热水温度降低，同时增加了水箱投资。反之，若比例过小会造成水温偏高，降低热效率，从热力学角度分析其能量利用是不合理的。    鉴于目前国内所生产的太阳集热器热性能良莠不齐，和国内各地区气象资料偏差较大，在选择集热器面积时还应根据集热器热性能和当地气象资料调整容水量与集热器面积的比值，一般在我国华南地区此比值上浮１０％～２０％，在高寒的北方比值下降１０％～２０％。四、使用水量的确定    目前太阳热水器主要用于家庭生活热水，其用水量参照国家颁布的《室内给排水、热力供应设计规范》的规定确定。但各地客户使用热水量，因生活习惯而有所不同，所以确定水量时亦要因地制宜。  1.联集管式太阳能热水系统运行的

5、原理 　　联集管式太阳能热水系统，是由联集管式集热器阵列、储热水箱、辅助加热系统、智能控制系统、管道及循环系统组合而成的，可根据需要随意设置出水温度、能与常规能源配合、实现24小时连续热水供应的太阳能热水系统。　　真空集热管接受太阳辐射，将收集的太阳辐射能转化为热能，逐渐加热真空管和集热器内的水；当集热器内的水温达到设定温度时，通过温度传感器、温度控制器及电磁阀、水泵等设备，将集热器里的热水输送到具有保温功能的储热水箱中自动存储起来，同时自动补进冷水。当水位达到储热水箱上限后，温度控制器启动相应设备，将系统运行方式自动转为定温循环，使集热器与水箱之间形成一个完整的循环体系。2.系统控制方式及

6、性能特点 　　联集管式太阳能热水系统是快速加热直流运行系统，可在25℃～60℃之间设定水温，与常规能源结合可24小时持续供热水。系统全自动运行，日常使用不需作任何手动操作，只需专人作简单维护。联集管式太阳能热水系统可采用新一代控制方法，实现计算机智能监控，性能可靠，使用方便。同时具有定温出水、循环加温、防冻控制、辅助加热等功能，实现全自动运行。　　定温出水：当水箱低于所设定的水位时，系统可实现定温（25℃～60℃）出水运行。当集热器中水温达到设定温度时，控制系统自动启动相应器件，靠自来水压力向集热器补进冷水，并将集热器中热水顶进储热水箱。当集热器中水温低于设定温度时，控制系统自动关闭相应器件

7、，停止补进冷水，实现再一次的集热过程。　　循环加温：当水箱水位达到设定液位时。系统可自动转换为循环加温运行，此时联集管式集热器与水箱形成循环，进一步提升储热水箱中的水温。　　防冻控制：当集热系统底部水温降到设定温度（如6℃）时，控制系统自动启动相应部件，相对高温的水送入系统，使系统中的水保持一定温度，当水温高于相应设定温度时，关闭响应控制部件。　　辅助加热：利用常规能源（油、气、电）实现辅助能源补充，具体控制