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多能源热水系统需求场景解决方案技术
太阳能产业资讯网 2019-01-07 11:21:14 分享至:
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[摘要]本文主要阐述南方地区多能源热水系统的运行原理,选型指南,着重分析平板太阳能集热器、辅助能源的选型设计,包括设计参数的选择、热计算等相关设计计算。

【摘要】多能源热水系统在解决生活热水及采暖应用上的独特优势是近年备受关注的问题。空气质量饱受诟病的北方区域,为了应对空气的污染,2013年起,北京、天津、山东等北方地区开始大力执行燃煤压减的煤改电工作,至今已经取得了显著的经济及环境效果。在生活热水方面多能源热水系统的应用有效的解决单品太阳能由于太阳能辐照量不稳定而产生的热水不足问题。本文主要阐述南方地区多能源热水系统的运行原理,选型指南,着重分析平板太阳能集热器、辅助能源的选型设计,包括设计参数的选择、热计算等相关设计计算。

【关键词】多能源热水系统  热泵 传热系数太阳能保证率  全日集热效率

引言

    多能源热水系统主要组成部件有:平板太阳能集热器、储热水箱、辅助热源及控制部分等四大部件,目前市场上主流的太阳能热水器主要是单品结构为主,受到天气影响的制约因素叫多,难以实现提供稳定的生活热水需求,而且许多公司由于自身的制造能力及技术条件的制约,无法形成种类齐全的部件,无法突破多能源热水系统选型技术应用的瓶颈。其中,在多能源热水系统利用研究方面,始终贯穿着这样一条主线,就是尽可能通过技术改进和创新提高光热部分在多能源系统的应用。在平板太阳能集热器的使用方面,万和公司经过大量的实验及改进,研制出具有高耐候性、光学性能优越的硅系涂料平板太阳能集热器。同时根据用户用水负荷、当地月平均室外气温、倾斜表面月平均日太阳总辐照量等条件进行计算选型,选择万和公司最新技术的多能源热水系统组成部件。

一、设计参数

1、设计参数的选择

广州某一单元,用户5口人,人均热水消耗量为50L,热水使用温度为42℃,储热水箱设定温度,热水需求量为=250L

2、气象资料

(1)基础水温:20℃

(2)广州的地理位置:东经113°20’,北纬23°10’,海拔高度41.7m

(3)根据太阳能辐照量为国家建筑标准设计图集《太阳能集中热水系统选用与安装》图集号06SS128,全年太阳辐照情况如下:

根据上表统计资料得知:

二、平板型太阳能集热器设计分析

太阳能集热器的集热面积确定

1、太阳能全日集热效率η的确定

选用平板型太阳能集热器,集热器瞬时效率方程为:

(4)太阳能保证率f的确定

根据《太阳能集中热水系统选用与安装》图集号06SS128太阳能保证率推荐表的规定,本项目太阳能保证率取0.45。

(5)热水系统太阳能集热面积确定

直接换热系统

因此,选用2000x1000x80(㎜)规格的硅系涂料集热器,采光面积为1.8㎡,数量为2台,在倾斜面当地采光面上的年均辐照量不小于,太阳能保证率为0.45的条件下,能将250L水从基础水温20℃升高到60℃。

三、辅助热源选型计算分析

由于太阳能受天气影响,具有很大不确定性,为了保证太阳能热水系统可靠热水供应,需要选配合理的辅助热源。选配的原则是辅助加热设备功率的确定应根据太阳能完全不起作用的情况下,全部靠辅助热源加热设备来满足用户所需的热能来计算确定,选用热泵热水器、燃气热水器及电辅助加热器进行辅助加热。

表1热源费用对照表

系统组合建议选用原则:

①从使用经济方面考虑,选用太阳能+热泵热水器组合系统方式最经济;

②从加热速度方面考虑,选用太阳能+燃气热水器组合系统方式最快。

四、系统运行原理图

系统承压运行,太阳能加热部分采用直接换热方式,太阳能集热器循环管路与水箱连接,通过循环泵直接将储水箱里的水循环到集热器进行加热。热泵热水器及燃气热水器加热部分采用直接换热方式,通过循环水泵直接将储水箱里的水进行循环加热。

(1)太阳能部分采用温差循环换热方式:在储水箱与集热器之间,当集热器内水的温度T1比储水箱内水的温度T2高8℃时,工作站里面的循环泵P1自动启动进行循环换热,当二者之间的温差为4℃时,循环泵P1自动停止工作。采用温差循环换热方式不断的进行换热,直到水箱里面的水温达到设定温度,才停止工作。

(2)热泵热水器、燃气热水器采用循环加热方式:当在设定启动加热时间段内,水箱里面的水温低于设定温度时,循环泵P2自动启动,将水箱里面的水不断的循环加热,直到水箱里面的水温达到设定温度,才停止工作,运行原理图详见附图1、附图2。

(3)系统热水管路部分安装瞬热宝,采用点动工作方式,当用户打开末端用水时,热水管路内水的温度T3低于设定值时,瞬热宝里面的循环泵P3自动启动,立即将储水箱里的热水循环到热水管路段,当T3的水温度高于设定值时,P3停止工作,解决用户需要放一段的冷水才有热水使用的现象。

图1 太阳能+热泵热水器系统原理示意图

图2太阳能+燃气热水器系统原理示意图

五、结语

通过辅助热源的合理设计及选型,有效地解决了单品太阳能热水器使用过程中因天气制约原因出现热水达不到设定的问题,选用的辅助热源能够在短时间内使水温达到设定的温度,最大程度地消除消费者的使用顾虑,相信未来通过多能源热水组合系统产品的不断优化和创新,多能源热水产品系统可以持续不断地提供优质、稳定的生活热水及采暖需求,并将绿色、环保、清洁的热水提供给每一位消费者。(责编:Z先生)

参考文献

1. 杨世铭,陶文铨主编.传热学.第4版.北京:高等教育出版社,2006

2. 王俊,何涛主编.太阳能集中热水系统选用与安装.第1版.中国建筑科学研究院,2006

来源:广东万和电气有限公司 

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