太阳能热利用课件-16

4-5太阳能热水系统设计中应考虑的问题太阳能热利用4/3/202314－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题太阳能热水系统应考虑的问题包括：系统形式的选择；集热器形式的选择；集热器面积的确定；系统的保温；热水装置的防冻措施；其它需要考虑的问题。4/3/202324－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－1系统形式的选择在选择系统形式时，不必顾虑系统的流动方式对全天效率的影响，主要应根据用户的要求(水温及用水时间)因地制宜选择系统形式；定温放水直流式系统的优点在于能提前得到温度合乎要求的热水，适合餐厅、理发店及对水温有要求的场合；集热器面积小于50m2的小型系统，宜采用自然循环系统；4/3/202334－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－1系统形式的选择在设计自然循环式系统时，不应片面强调增大集热器与水箱的高度差。为了防止蓄水箱中的热水在夜间倒流散热，一般水箱底部比集热器顶部高出0.3～0.5m为宜；0.3～0.5m排污阀补水箱热水箱取水管4/3/202344－5－1系统形式的选择设计强制循环式系统时，在保证热水供水温度条件下，应合理选择水泵的流量和扬程，并在集热器入口和出口处设置高度适宜的排气孔；4－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题排气孔4/3/202354－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－1系统形式的选择对于家庭用太阳能热水器，多使用闷晒式或整体自然循环式系统；也可结合建筑结构特点，采用水箱与集热器分离的分体式自然循环系统。闷晒式分体式集热器蓄热水箱4/3/202364－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－1系统形式的选择家用太阳能热水器的两种常用形式平板型真空管型4/3/202374－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－2集热器的选择研究结果指出：对于春、夏、秋三季使用的供生活热水的太阳能热水系统，选用一般的单层透明盖板、普通黑漆涂层的平板集热器即可满足要求；在高纬度地带全年使用的热水系统，需解决集热器的冬季防冻问题；还应保证系统在冬季仍保持一定的有用能量收益，故应选用高效集热器(如采用选择性吸收涂层、双层透明盖板的平板型集热器或真空管集热器)。4/3/202384－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－3集热器面积的确定

集热器面积的确定的步骤(1)选定热水系统形式(2)选择平板型集热器类型技术性能经济性集热器的效率曲线热水箱容量水的初始温度结合当地的气象资料适当的数学模型(3)确定集热器的面积一般根据春秋季节的气象数据确定集热器面积4/3/202394－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－3集热器面积的确定热水箱容量的确定国外多以贮存两天的可以热水量为标准；国内一般以贮存当天的可以用水量为宜，并且暂不考虑使用辅助能源的加热装置。

为便于工程估算，设计时可参照我国颁布的《室内给排水热力供应设计规范》(TJIS－74)来确定用热水量。如：对沐浴用热水(水温40˚C)，规定每人每次35－40L。集热器每天每平方米的供热水量(水温45－50˚C)约为100L/(m2·d)。4/3/2023104－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－4系统的保温在太阳能热水系统中，系统的保温性能对系统热效率的影响也很重要，特别是在高纬度地区，其影响更大。系统的保温一般情况下，蓄热水箱的保温层厚度以20－50mm为宜。管道保温层的厚度应高于所用保温材料与周围环境对流散热时的临界半径rc。蓄热水箱循环管道临界半径rc：式中：λ为保温材料导热系数；h0为管子对外界的对流换热系数。4/3/2023114－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－5其它应考虑的问题1、集热器安装倾角的选取集热器采光面应面朝赤道方向，根据不同的应用情况确定倾角：获得最大的年日射总量(全年使用)，集热器倾角近似取为当地的纬度；在冬季获得最佳日射量(主要为冬季使用)，集热器倾角近似取为当地的纬度加10˚；在夏季获得最佳日射量(主要为夏季使用)，集热器倾角近似取为当地的纬度减10˚。4/3/2023124－5－5其它应考虑的问题2、自然循环太阳能热水系统设计与安装应注意的问题(1)循环管路应尽量紧凑，上循环管要避免向上弯曲后再向下弯曲，以免隆起部位引起气塞现象，阻止水循环的畅通；4－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4/3/2023134－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－5其它应考虑的问题2、自然循环太阳能热水系统设计与安装应注意的问题(2)蓄水箱顶部顶部应有排气孔，使水在加热过程中析出的空气及能排出，以免水箱承压；蓄水箱底部应有排污阀；排气孔排污阀4/3/2023144－5－5其它应考虑的问题2、自然循环太阳能热水系统设计与安装应注意的问题(3)上循环管至蓄水箱的开口位置，应与系统的补水方式结合起来考虑。4－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题1/5～1/6HHH1/2～1/3H4/3/2023154－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－6太阳能热水系统的防冻问题在高纬度地区或严寒地区使用的太阳能热水系统，冬季夜间集热器内的水，可导致吸热板胀裂。因此，在设计或运行使，需考虑防冻措施。目前采用的防冻措施主要包括：在结冰季节、特别是夜间，将集热器中的水排空，使系统停止工作；

(不增加额外投资，但系统全年利用率降低。)(2)

在集热器内装设自动排空装置，当吸热管内的水温降至0˚C时，自动开启电磁阀将水排空；4/3/2023164－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题4－5－6太阳能热水系统的防冻问题

(3)在集热器附设罩盖，冬天晚上将盖子盖上；(适用于在家庭用的小型热水装置上采用。)(4)对于强制循环可采用“落水式”系统，即将水箱置于集热器下方，系统为开式，与大气相通。当泵停止运转式，集热器中的水全部留回蓄水箱；(5)采用防冻介质的复合回路系统，由集热器与热交换器构成第一回路，此回路采用防冻的传热介质；蓄热水箱自成一供热水系统。4/3/2023174－5太阳能热水系统设计中应考虑的问题采用防冻传热介质的复合回路系统采用防冻传热介质的复合回路系统这种防冻热水系统运行安全可靠，使用方便；但由于增加了防冻介质及换热器，系统成本增加，集热效率下降。4/3/2023184-6家用器性能试验太阳能热利用4/3/2023194－6－1热性能试验内容根据GB/T12915-91家用太阳能热水器热性能测试包括下列项目平均日效率(用于表示热水器的集热性能)

平均热损系数(用于表示热水器的保温性能)

非稳态效率

(反应集热器的运行规律)4－6家用太阳能热水器性能实验4－6－2平均日效率的测定方法平均日效率的定义：一天中有太阳辐照的时段内，贮水箱中热水所获得的热量与照射在集热器采光面积上的太阳能辐射能之比。4/3/2023204－6家用太阳能热水器性能实验平均日效率ηd的计算：

式中：M－贮水箱中的水量，kg；

Ac－集热器的采光面积，m2；

ts与te－分别为测量起始与终了时刻热水温度，˚C；

Hθ－累计太阳辐照量，J/m2；

cp－水的定压比热，J/kg˚C。4/3/2023214－6家用太阳能热水器性能实验1实验装置测试系统示意图4/3/2023222试验条件试验期间，不得有阴影落在集热器上，也不应有从反射率大于0.2的其它表面反射的太阳辐射落在集热器上。集热器采光面上全天的累计太阳辐照量应大于17000kJ/m2；试验期间平均环境温度大于15oC

，小于30oC；试验期间环境风速应小于4m/s。4－6家用太阳能热水器性能实验4/3/2023234－6家用太阳能热水器性能实验3测量仪表总日射表的时间常数小于5s，非线性误差不应大于±1.5％，累计日射记录仪的误差不超过±1％；用于测量水温的铂电阻、热电偶或其它温度计的误差不大于±0.2oC，用于测量环境温度的水银温度计或铂电阻温度计误差不应大于±0.2oC。用于测量贮水量的磅秤或计量筒的误差小于±1％；贮水量按贮水箱所能放出的最大水量计算。4/3/2023244－6家用太阳能热水器性能实验4测量步骤热水器面向正南，并按实际使用时的倾角放置；热水器应在试验前1h或试验前一天的日落后进行，每平方米采光面积所对应的贮水量应不超过100kg；在贮水箱内应按容积等分的原则自上而下布置3个以上的温度传感器，以各点的算术平均值代表真实的水温；全天总的测试时间一般为8h。4/3/2023254－6家用太阳能热水器性能实验4－6－3平均热损系数的测定方法平均热损系数的定义：在无太阳辐照条件下，单位时间、单位采光面积、集热器贮水温度与环境温度之间单位温差的平均热量损失。1平均热损系数的计算式中：4/3/2023264－6家用太阳能热水器性能实验2测试平均热损系数的