集中供热太阳能热水系统工程技术分析

太阳能热水系统是利用太阳能集热器采集太阳热量，在阳光的照射下使太阳的光能充分转化为热能，通过控制系统自动控制循环泵或电磁阀等功能部件将系统采集到的热量传输到大型储水保温水箱中，在匹配当量的电力、燃气、燃油等能源，把储水保温水箱中的水加热并成为比较稳定的定量能源设备。该系统既可提供生产和生活用热水，又可作为其他太阳能利用形式的冷热源，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。

上海交谷太阳能科技有限公司技术工程师根据过往的施工经验和技术方案，对集中供热太阳能热水系统工程技术做如下分析：

01  太阳能集中供热水系统组成 太阳能热水系统主要由以下四部分组成：

1.1集热器：主要由集热管和联集器组成。根据其形式、特点及使用范围，分为池式、袋式、筒式、管板式、真空管式及热管真空管式，其中真空管式应用最广泛。集热器间可以并联、串联或混联。震哥哥集热器固定在平屋顶的混凝土基础上。

1.2 集热水箱：集热水箱是储存热水袋额储热设备，以保证热水供应的稳定。其要求与普通热水箱基本相同，并根据不同地区采用不同 的保温处理。集热水箱根据系统要求设置于平屋顶上。

1.3 链接管道：连接集热器于集热水箱以便形成一个完整的循环系统，管道布置分为等程式。连接管道应根据不同地区采用不同的保温处理。

1.4 辅助部件：太阳能热水系统的辅助部件包括水位计、温控仪表阀门、过滤器、循环水泵及辅助加热器等，应根据不同情况选用。

02  太阳能集中供热水系统原理

2.1自然循环

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。

2.2强制循环

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。

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。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。

03  太阳能集中供热水系统应用

3.1工程概况 

职工住宅楼建筑面积3900㎡，3单元，12户/单元，每户设计用热水量120L/日，设计日平均45℃热水4.4吨，采用集中式太阳能热水系统，分户计量，热水箱置于各单元顶层楼梯间内，管道内热水恒温循环，保证用水即开即热。 

3.2系统设计要求

3.2.1太阳能集热系统供水温度45℃，自来水温度按照15℃考虑，太阳能集热系统温升ΔT=45℃-15℃ =30℃。

3.2.2集热器面积以某地区全年日平均辐射量14550KJ/㎡·d为计算依据，太阳能集热器总面积计算公式为

A=Q×C×(t2-t1)×p×f/J×?1×(1-?2)

式中：A—太阳能集热器面积，m²；

Q—设计日均热水用量，4.4t/d；

C—水的定压比热容，取4.187KJ/(kg·℃）；

t1—水的初始温度，取15℃；

t2—储水箱内水的设计温度，取45℃；

P—水的密度，取1000kg/m³；

f—太阳能保证率，取60%；

J—集热器采光面上的平局日辐照量，取14550KJ/m²·d；

?1—集热器的年平均集热效率，根据厂家数据，取0.5；

?2—储水箱及管路热损失率，取20%。

计算得所需太阳能集热器面积为18.99m²/单元；本工程选用铜铝复合系列平板太阳能集热器，每片有效集热面积2.22m²，实际宫采用11片。

3.2.3储热水箱容积V=B2As

式中：V—储热水箱溶剂，L；

B2—每m²集热器所需的有效储水容积，取65L/m²；

As—集热器总面积，取24.5m²。

计算得储热水箱容积1.593T,实际选用容积为1.6T的储热水箱；内胆采用304不锈钢焊接，外用50mm厚聚氨酯保温。辅助电加热18KW/单元，效率90%。 

3.2.4循环泵选型 

集热系统循环泵选择PH-101E,全扬程H=5米，最大流量Q=7.2吨，输入功率为100W；供水系统循环泵选择PW-101E,全扬程H=5米，最大流量Q=7.2吨，输入功率为100W。 

3.2.5防冻措施 

采用管道循环防冻，为预防冬季停电现象，在管路底部设置手动排空装置，当停电致防冻循环不能启动时，打开阀门将管路中的水排空，达到防冻的效果。 

04   结语 

住宅建筑的多样化、太阳能集热器与建筑一体化技术的发展水平、辅助热源的选择、各地气象条件及能源价格差异等因素，令系统应用形式多样化；同时，系统设计中的储热水箱选择、水温设定、冷热水平衡、热水立管布置等将直接影响系统的节能性与舒适性；不同项目应具体分析、精心设计，方能令太阳能集中热水供应系统发挥最大效益。 交大光谷太阳能是上海市建筑节能协会推荐的地产配套和酒店节能改造项目的优秀品牌，交大光谷太阳能应用范围涵盖了工商业和民用项目，如学校、医院、工厂、机关、敬老院、游泳馆、浴场等。