真空管是一種高效的太陽(yáng)能集熱元件,它具有工作溫度高、承壓能力大、耐冷熱沖擊、 抗冰雹等*的優(yōu)點(diǎn)。熱管真空管組成的太陽(yáng)熱水系統(tǒng),運(yùn)行可靠,安裝方便,適應(yīng)性強(qiáng), 深受用戶歡迎。本文簡(jiǎn)要介紹熱管真空管太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題,供大家參考。
1 熱管真空管太陽(yáng)熱水系統(tǒng)工作原理
(1)熱管真空管
熱管真空管的結(jié)構(gòu)如圖所示。太陽(yáng)光透過(guò)玻璃管照射在吸熱板上,太陽(yáng)選擇性吸收膜將太 陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能。吸熱板吸收的熱量迅速將熱管內(nèi)少量工質(zhì)汽化,并迅速上升到冷凝 端,放出汽化潛熱后冷凝成液體,在重力作用下流回?zé)峁苷舭l(fā)端。利用熱管內(nèi)少量工質(zhì)的 汽—液相變循環(huán)過(guò)程可連續(xù)地將吸收的太陽(yáng)能傳遞到冷凝端加熱水。為使熱管內(nèi)冷凝后的 液體工質(zhì)流回蒸發(fā)端,熱管真空管工作時(shí)與地面的傾角應(yīng)大于10°。
(2)熱管真空管集熱器
熱管真空管集熱器結(jié)構(gòu)示意圖。由該圖可見(jiàn),每支熱管真空管的冷凝端通過(guò)導(dǎo)熱塊將熱量 傳遞給集管,不斷加熱其中的水。真空管的冷凝端與導(dǎo)熱塊剛性連接,被加熱水不流經(jīng)真 空管,因此安裝十分簡(jiǎn)單,即使真空管發(fā)生損壞,太陽(yáng)集熱器的工作并不會(huì)因此而中斷。
(3)熱管真空管太陽(yáng)熱水系統(tǒng)
熱管真空管熱水系統(tǒng)工作原理圖。熱管真空管集熱器吸收太陽(yáng)輻射將水加熱,循環(huán)泵將儲(chǔ) 水箱中的低溫水輸入集熱器進(jìn)行循環(huán)加熱。循環(huán)泵的工作由光控儀控制,當(dāng)太陽(yáng)輻照度達(dá) 不到設(shè)定值時(shí),循環(huán)泵不工作;如當(dāng)全天達(dá)不到設(shè)定輻照度時(shí),也可由輔助加熱裝置進(jìn)行 加熱。
2 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)的依據(jù)
在進(jìn)行太陽(yáng)熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須掌握一些基本資料,作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。
(1)用戶要求
主要包括:用水量、水溫、用水時(shí)間的要求;要不要輔助加熱,采用何種輔助能源。
(2)建筑物的情況
主要包括:熱水系統(tǒng)安裝平面(屋面)的具體尺寸,屋面荷載和承重梁分布情況,屋面正 南方向有無(wú)建筑物的遮擋,水源和電源情況;讓用戶提供屋頂平面和結(jié)構(gòu)圖紙。
3 太陽(yáng)熱水系統(tǒng)工程參數(shù)的確定
(1)系統(tǒng)的朝向
在北半球,集熱器陣列朝向正南。
(2)集熱器面積
(a)采用熱管真空管集熱器(在日照17000KJ/m2.d條件下),每平方米集熱 面(4支熱管真空管)從上午9時(shí)至下午3時(shí),水溫設(shè)定在40—60℃時(shí),春秋季產(chǎn)熱水量 60—70L/m2.d,夏季產(chǎn)熱水量70—80L/m2.d,冬季產(chǎn)熱水量50—60L/m2.d。
我們根據(jù)用戶的實(shí)際需要來(lái)選定平均日產(chǎn)水量。若系統(tǒng)全年使用,特別是要保證冬季的用 水量,推薦以50—60L/m2.d(水溫40℃以上)產(chǎn)水量為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定集熱器面積。
(b)太陽(yáng)熱水系統(tǒng)提供淋浴用熱水時(shí),用水量可參照國(guó)家頒布的《室內(nèi)給排水熱水供應(yīng) 設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定,水溫在40℃以上時(shí),平均每人每次的用水量為35—40L。當(dāng)然, 用水量還要根據(jù)用戶的要求最后確定。
(3)集熱器傾角
若系統(tǒng)全年使用,集熱器傾角推薦為:
α=當(dāng)?shù)鼐暥龋?°—10°)
(4)集熱器前后排間距
為了使集熱器相互不遮擋,前后排集熱器的間距可按表1確定。
(5)建筑物屋面荷載
安裝太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的建筑屋面,活荷載要求在150kg/m2以上。
4 集熱器的排列方式、水箱布置及管路設(shè)計(jì)
(1)集熱器的排列方式
集熱器的排列方式有串聯(lián)、串并聯(lián)和混聯(lián),如圖所示。可按照需要選用。
(2)水箱的布置
首先,水箱應(yīng)安裝在建筑的承重墩上,若沒(méi)有預(yù)留基礎(chǔ)承重墩,則應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)圖了解 承重情況,將承重墩放置在承重梁(墻)上。同時(shí)還應(yīng)考慮供水和取水管路應(yīng)盡量短,與 水箱較近,避免過(guò)長(zhǎng)的管路外露而發(fā)生凍裂。
(3)循環(huán)管路的設(shè)計(jì)
熱水系統(tǒng)中的循環(huán)管路主要是指從循環(huán)泵的吸水口經(jīng)過(guò)集熱器集管,回到儲(chǔ)水箱的管路。 在循環(huán)管路的點(diǎn)要設(shè)置放氣管,放氣管應(yīng)高出點(diǎn)600—800mm,整條管路要有一 定的斜度(>0.5%),目的是在循環(huán)泵停止運(yùn)行時(shí),使管路中的水能夠自動(dòng)流回水箱。
5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(1)系統(tǒng)平面布置
太陽(yáng)熱水系統(tǒng)平面布置如圖所示。其中前后排集熱器間距L可由表1確定。
集熱器傾角α30°40°45°前后排集熱器間距L(mm)1800--30003000-3200
n1、n2、n3為單排集熱器(單元)數(shù),L為集熱器單排之間的間距
(2)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)如圖所示。該圖主要標(biāo)明集熱器和水箱基礎(chǔ)的尺寸及相對(duì)位置。若有屋面 結(jié)構(gòu)圖,應(yīng)標(biāo)明這些尺寸與屋面結(jié)構(gòu)圖中的相關(guān)基準(zhǔn)的位置。
單排基礎(chǔ)墩的橫向距離為2000mm,若單排橫向距離總長(zhǎng)度不是2000mm的整數(shù)倍時(shí),對(duì)基礎(chǔ)墩之間的橫向距離應(yīng)在2000mm之內(nèi),其具體的尺寸由圖6中L1、L2、L3的尺 寸確定?;A(chǔ)的預(yù)埋板應(yīng)進(jìn)行超平,使其等高。
(3)集熱器支架設(shè)計(jì)
集熱器支架是根據(jù)系統(tǒng)布置圖中的集熱器排列方式和數(shù)量以及集熱器的傾角進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 主要確定集熱器傾角的標(biāo)準(zhǔn)單元支架(三角架),它通過(guò)橫拉筋現(xiàn)場(chǎng)焊接而成。其單排的 總長(zhǎng)度由單排集熱器數(shù)確定,橫向支架整體斜度通過(guò)三角架之下支撐角鋼來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié),要 保證斜度>0.5%。
(4)水箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
水箱容積的確定:以浮球閥控制的液面以下的水量作為水箱的容積大小。水箱內(nèi)的管件主 要包括:與循環(huán)管路相連的上水循環(huán)管路(其間連有循環(huán)泵)、循環(huán)回水管、冷水上水管、熱水取水管、水箱排污管、溢流管、安裝探頭的焊接管箍等。
水箱內(nèi)各管件相對(duì)位置設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則:
(a)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),熱水管取到液面時(shí), 循環(huán)泵的吸水口總是處于液面以下,泵能正常工作,不會(huì)讓循環(huán)泵空轉(zhuǎn);若有電加熱時(shí), 電加熱的安裝位置應(yīng)保證不進(jìn)行干燒。
(b)各管件應(yīng)保證垂直方向的相對(duì)高度,水平方 向的位置可靈活布置。