与建筑相结合的太阳热水器

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-12-9 17:26:36 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:与建筑相结合的太阳热水器

太阳能热水系统与建筑一体化已成为太阳能产业界的热门话题,并已开始引起建筑设计部门的重视。这几年一些企业的工程技术人员对此提出很多想法和方案,并做了大量工作。我们的工程技术人员在此方面也进行了一些研究与尝试,根据研究表明,太阳能热水系统与建筑的一体化应符合以下一些基本条件。
 1 太阳热水器性能要求
 1.1 太阳集热器本身性能
   一般建筑物的寿命在50~70年左右,因此对建筑一体化的太阳集热器的寿命要求相对较长,一般应该在25年以上,且要整体性好,有一定的保温作用,故障率相对要低,不能经常需要到屋顶去维修。
   太阳热水器品种众多,材料千差万别,又都各具特点。闷晒式:结构简单、价格便宜但热效率低。平板集热器:整体性好、寿命长、故障少但零度以下无法使用。真空管热水器解决了零度以下产水问题但与平板集热器相比较故障率高、寿命较短。真空热管热水器较真空管的故障减少了,但寿命及水垢问题又困扰着我们。所以总的来讲平板太阳集热器在工程中应用时,其整体性、故障⑹倜确矫婢哂懈蟮挠攀啤F桨寮绕鞅旧碚逍院茫⒖善鹨欢ǖ谋N赂羧茸饔茫劝逍敬蠖嗖捎萌蛲粮春喜闹剩绻谎现馗椿蚨乘穑墒褂?5年以上,且基本不用维修。为了制作更好的平板集热器,我们九阳公司引进了美国全铜板芯超声波焊接设备,与德国的高效率涂层条带焊接机(吸收率≥95%,发射率≤5%)用于生产集热器。将集热器的保温背板改为聚氨脂整体发泡,采用高透光率低铁钢化玻璃,做为透光盖板,配以着色氧化铝合金材料边框制成,这种平板集热器与建筑结合的优势更加突出。
 1.2 储水箱与集热器分开布置
   现市场上的家用热水器,以户为单位生产且水箱与集热部分一体化,因此,受到很多建筑设计施工部门的抵制。很多真空管热水器的大企业在设计大型热水工程时往往也只是将众多个家用热水器排列在一起,这样既增加了成本,加大了故障率,也给建筑外观的设计造成了局限。我们认为太阳能与建筑一体化的设计可根据建筑物本身的外观、用途、面积等的需要,将热水系统以一个单元、一栋楼房、几栋楼房或一个院落为单位进行设计,用热水表对每个热水用户进行计量管理,这样既可减少热水系统的故障数量,又可合理的分配热水用量。如果热水储水箱与集热器可分开,将集热器根据建筑设计的需要集中或分几块布置于屋顶,而将水箱布置在建筑物的单独一个房间内,这样整个太阳能热水系统的设计就与常规能源的热水系统设计没有太大的区别而更容易被建筑设计部门和施工部门接受了。为此,我们九阳公司在太阳能热水系统的设计中采用了定温产水和温差循环的方法,并编制了全天候太阳热水系统设计规范和企业标准,详细规定了集热面积与水箱的关系,储水箱的管口、管道的设计要求,水泵的选择及计算的办法,水箱与集热器、补水箱等的各种设计要求及施工标准,辅助能源的配置等,为太阳能热水系统设计的合理性、施工质量的可靠性提供了依据和保证,为太阳热水系统与建筑一体化的设计打下了一定基础。
 1.3 保证设备及系统在零度以下运行
   我国北方地区冬季冰天雪地自不必说,就是长江一带冬季有时也会结冰。因此前几年有些地方多次发生冻坏集热器的现象,即使真空管太阳热水器在东北、内蒙地区也经常发生冻坏的现象,有时真空管不冻坏,系统的水管常被冻坏,因此,有效保证太阳集热器设备及循环管线不被冻坏是十分重要的。传统的加强保温或加伴热带等方法不能保证万无一失,只有排空才是最可靠的防冻办法,这是经过多年探索,实践改进,在实验基地进行分析比较得出的结论。
 1.4 防水要求
   将集热器按建筑物屋顶阳面坡度放在瓦的上面是其与建筑相结合简单的办法,这时只将水管道通过屋面板的防水做好即可。但如果将集热器放的位置确定为与瓦的高度基本一致时,集热器本身及其四周与瓦相交接处的防水就显得十分重要了。由于温度的变化及材料的不同,各种建筑防水材料均不能保证在几年中不会渗漏,经过反复考察,结构防水是最可靠的,疏导比封堵会更好。为了保证一组多块集热板之间不漏水,我们采用集热器母管上下出口的方式,并用耐腐蚀的金属材料做顺水槽,借鉴国内外结构防水的先进经验,较好解决了集热板阵列四周的防水问题,图1、2为工程实例图。
 1.5 系统自动运行,保证24小时供应热水
   随着生活水平的提高,人们的要求也越来越高,与建筑一体化的太阳能热水系统必须保证24小时供应热水,这就需在系统中配备常规能源,而且应满足以下几个条件:
   a) 优先全面使用太阳能源;
   b) 尽少使用常规能源;
   c) 24小时供应热水;
   d)自动运行无人值守。
   通过和北京市单片机协会合作,成立了研发小组,将太阳能源、常规能源、水位、水温、水泵等相关控制点按照最佳运行方式编制程序,使控制过程完全符合人的思维,更加人性化。图3为全天候太阳热水器工程实例图。
 2 几种全天候太阳热水系统原理介绍
 2.1 定温放水系统原理(原理图如图4所示)          
 2.1.1 产水
   当集热器出口温度达到某一设定值时,程序控制器命令P1泵启动将水打入集热器进行热交换,热水送入储水箱,随着集热器温度的下降当达到一定值时,P1泵停止工作,形成一个不断循环过程。在冬季或阴雨天系统产水少或不产水的情况下,系统自动启动辅助加热系统进行产水补充。
 2.1.2  供水
   用户供水为变频系统即系统泵的工作受系统压力的控制,压力值在一定范围内可以人为设定,同时为保证用户随时有热水使用,在系统回路装有电磁阀,该电磁阀受系统管路水温控制,当管路中水的温度低于设定值时,电磁阀打开,温度升到一定值时,该阀关闭。
 2.2 温差循环原理(原理图如图5所示)
 2.2.1 产水
   储水箱设有温度参考点T2,太阳集热器为T1,当TI≥T2+△t1时,PI泵启动,将水打入集热器进行热交换,热水送入储水箱;当T1≤T2+△t2时,P1泵停止工作,控制器适时采样自动跟踪控制,形成一个不断循环过程。
 供水原理同定温放水系统。
 2.3 全天候热水系统的创新点
   a)采用高效、安全、耐久型集热器;
   b)系统优先、全面使用太阳能,尽少量使用常规能源;
   c)解决了平板集热器系统的防冻问题,使系统全天候运行;
   d)储热水箱可以安装于任何可使用位置,有利于与建筑结合;
   e)辅助加热设备与储水罐分离,既安全又便于维修;
   f)系统具有示警功能,安全可靠;
   g)系统具有故障识别及紧急处理功能。
 3 结论
   我们认为要实现太阳能与建筑的很好结合,首先是人的结合。绝非哪一家太阳能企业或哪一个建筑设计单位能独立完成的,这必须要太阳能界的广大工程技术人员与建筑设计、施工方面的技术人员相互沟通与交流;所以,我们呼吁更多的建筑设计、施工单位,积极参与到这一节能环保的行动中来,并期待着政府部门尽早出台扶持性优惠政策,以加快太阳能与建筑结合的步伐。我们愿与建筑设计、房地产开发及同行们进行广泛合作,共谋发展。

 



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