分离式太阳热水系统日有用得热量解析

分离式太阳热水系统日有用得热量解析摘要：分离式太阳热水系统安装方便灵活，太阳集热器安置房顶，水箱放置地面，房顶不承受水箱重量，更加安全可靠。但由于集热器与水箱之间管路距离较大等原因，引起有用热量的损失，其日有用得热量要小于同规格紧凑式热水器。归纳起来，影响日有用得热量的原因主要有以下几个方面。关键字：太阳热水系统循环流速根据国标GB/T18708-2002，家用太阳热水器按特征7可分为：1.分离式热水系统；2.紧凑式热水系统；3.闷晒式热水系统。分离式太阳热水系统安装方便灵活，太阳集热器安置房顶，水箱放置地面，房顶不承受水箱重量，更加安全可靠。但由于集热器与水箱之间管路距离较大等原因，引起有用热量的损失，其日有用得热量要小于同规格紧凑式热水器。归纳起来，影响日有用得热量的原因主要有以下几个方面：1．太阳集热器瞬时效率2．集热器与水箱之间管路距离与保温状况3．管路中是否充满热媒，有无气阻4．环境温度5．热交换器效率6．循环泵流速7．一段时间内管路中热媒停止循环次数与停留时间一旦分离式太阳热水系统安装完毕，以上影响日有用得热量的前5种原因是不可变量或不可控量，只有第6、7种原因是可控变量。可控变量与日有用得热量的关系如何？怎样调整才能使日有用得热量最大？下面进行讨论：一．分离式双循环太阳热水系统的组成:该系统由太阳集热器、管路（以10米为例）、循环泵、水箱、热交换器、温差循环控制器组成。目前，分离式双循环太阳热水系统大都采用温差循环方式，通过对温差控制器参数的设定实现对循环状态的控制，实践证明：温差参数和循环流速对日有用得热量有直接的影响。一热媒停止循环次数与停留时间对有用得热量的影响：太阳辐照度I可表述为时间t的函数：I=f(t),单位：W/m2。太阳辐照量H等于太阳辐照度I从0时刻起到某时刻x一段时间的积分，即(附图一)，单位：MJ/m2。假定太阳集热器瞬时效率为0.70，采光面积为Ac，在太阳辐照度基本稳定与忽略管路散热的情况下，热水系统的有用得热量近似为(附图二)。而实际上对于分离式太阳热水系统，由于管路较长（10米左右），保温性能也不是理想状况，如果循环停止，热媒停留在管路中，当外界环境温度低于管路中热媒温度较多时，热媒通过管路对外散热降温，使其温度低于水箱中的贮水温度；当循环再次启动后，低于水箱中贮水温度的热媒通过水箱中的热交换器后，吸收水箱中的有用热量，使热媒温度升高，有用热量的损失为：Q损=ρwcpwv(tb-te),te—热媒通过热交换器前的温度；tb—热媒通过热交换器后升高的温度；v--管路中热媒的体积。在一段时间x内，若循环停止n次，则分离式热水系统的有用得热量变为：图一图二由此看出，循环停止次数n越多，循环停止时间越长（tb-te值越大），管路越长(v越大)，导致系统的有用得热量Qs损失就越大。所以，减少有用热量在管路中的损失，使nQ损=nρβcpwv(tb-te)值最小，是提高系统日有用得热量Qs的有效途径。灰1毁．启动温垃差忍Δ喘t醒1馋对热媒在管路涝中停留时间的搭影响：烈由以上分析可坑知：减少有用努热量在管路中钻的损失，架使盗nQ蛙损桶=惧n炭ρ虽β乔c只pw胡v(t皱b忧-t季e父)三值最小，关键迷是要减少热媒攻停留在管路中愤的时间，即减劈少循环停止次纯数和循环停止魔时间。剑设太阳集热器玉瞬时效率贿为拔0.7盟0扒，太阳辐照度准为殖I嫁，集热器中热前媒体积筹为县v,惭士集热器采光面忽积恶为回A送c乘，则集热器中乌热媒从循环停钩止到温升垄为竿Δ排t继1帜时所需的时赔间隐t也可由能量转换昼公麻式廉0.7A宰c躲I*t赠=他ρ虾w达c绩pw壳v康Δ每t乎1霸英导出：煌停留时蹈间杨t=租(推ρ揭w情c很pw浙v蔑Δ墓t盾1编)恢/州（扑0.7A赔c生I桌）伏可以看出：热夫媒在管路中的李停留时其间腹t俭与启动温穿差仍Δ摩t柿1短成正比，与太膝阳辐照解度窗I织成反比，减小东启动温咏差矩Δ竟t老1芦可减少热媒在畜管路中停留时驰间，从而减少亿有用热量损失话。这对于环境划温度较低、日醒照度较弱时尤雀为重要。洗2岩．停止温累差苗Δ效t标2瞒对循环停止次叉数的影响：刷实验证明：设挺定停止温晃差工Δ麦t叛2度=骨1怠℃冬时，在多云天心气，太阳集热验器采光面上平刃均日照莫度进I办为欢270W/m搬2纷、环境温度为赖1涝4求℃尘的一段时间内吼，当循环流速槽为快速（害14L期/闻m毫）时，实测集牌热器出口温度庸2屈5紧℃义，水箱水温初2奏3鸡℃本，即实际温牧差尤Δ肆t辛2众=扶2罚℃并，系统仍能正联常循环。若设仗定停止温员差哑Δ优t携2王高一些，则循联环就已停止，铺热媒停留在管偶路中并散热，蛾造成有用热量缝损失。可厉见逝Δ姻t乖2趋值越大，停止脖时间越提前，纱停止次数越多突；在太阳辐照禁度较弱、环境最温度较低的情谈况下更是如此查。庆见下面测试结辈果：佣停止温田差嘴Δ削t置2掌1望℃贤4告℃谎6签℃剃单位面积日得胶热景量护MJ/m程2阀8.79迅8.58咐8.22迫日平均效悦率制η什0.52胁0.50默0.48茶测试条件：流听速丈10L吨/m但(席Ⅰ制档裳)爆，启动温差第9花℃困，辐照雷量急18MJ/m偿2穗以上，环境温胶度：精1扔5李℃杨~台2责0脱℃兽，测试时间矿：扛8监小时。射分析与测试证牙明：减腔小拴Δ慎t皂1骂、担和蒙Δ鹿t梨2控值既可减少热蒸媒循环停留时税间，又可减少盛循环停止次数酒，从而减少有增用热量损失。页二梅锈循环流速对有洁用热量损失的塘影响：芒当榨Δ幅t劳1另、促、请Δ盯t乓2励确定后，循环防流速对有用得隐热量又有何影腔响呢？我们知惹道：循环时热吹媒通过管路所哈用时间越短，驾散热就越少。击设循环流速头为炭ν层，单位筛：蛋L/括m映，设长兔1病0峰米客管路中所容热贵媒体积瓜为荒V深，那么，循环鲜时热媒通过管山路所用时敬间与t=V/v局,揪单位圾：乖m桂(汽分扇钟打)船，可知：管路段长度一定时，只时峡间杠t兵与流速成反比晶。因此，提高跃流速可以减少贡有用热量在管虏路中的损失。竖测试结果见下刷表：睁循环泵流滨速浙L/m材1用0批（霜Ⅰ捉档）呈1车2柿（圣Ⅱ食档）良1姿4听（付Ⅲ以档）奸单位面积日得狗热剩量岭MJ/m翻2扮8.79锋8.88喂9.13瞒日平均效捧率狼η正0.50侵0.52线0.54园测试条件：启附动温差划3翠℃张，停止温差押1搞℃针，辐照赢量讨18MJ/m杜2炼以上，环境温阀度：鄙1悬5马℃筹~间2显0缝℃息，测试时间串：宁8拼小时。循环泵错型号职：棋UPS25常-4018乱0蛾总而言之，影益响系统日有用期得热量仇的痛3顶个因素垃：才Δ鲜t攀1杆、孩、百Δ气t驱2璃、流孩速煌ν皂，它们之间是较对立统一的关剑系，实际运行酷中互相影响。无例如：增驻大泡Δ污t哀1嫂值则热媒在管洗路中停留时间结长，但在日照悲度较好的情况荡下，增岩大傻Δ锹t宾2伙值又可减少停奔留时间；又如高：增大循环流送速可减少热媒绣通过管路的时蚁间，但在日照肥度较弱和环境粱温很低的情况乓下，由于热媒够通过集热器时声间少，导致集雨热器出口温度创低督于泪Δ厦t正1懒而停止循环。下因此我们不能喂孤立地设定某劲一变量，而应滴相互兼顾。流肿速设定的原则研是：絮当士Δ咱t拢1煎、服、应Δ易t金2思确定后，在考葱虑日照度较弱墨和环境温度