1、太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)防過熱設(shè)計(jì)分析2013-05-11 08:58:54作者：佚名 來源：互聯(lián)網(wǎng)0引言0引言在太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，為滿足系統(tǒng)全年使用，系統(tǒng)的參數(shù)選擇一般 是根據(jù)冬季的參數(shù)確定的，由于太陽(yáng)能冬、夏季節(jié)的不平衡，導(dǎo)致夏季產(chǎn)熱量大于需求量， 產(chǎn)生過剩的熱量，給太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)帶來一些問題，尤其是太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)，過熱問題尤 為突出。如何避免系統(tǒng)過熱，是太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可忽視的問題，也是困擾太陽(yáng)能 熱利用系統(tǒng)大范圍推廣的重要因素。1過熱對(duì)太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的危害太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱量，通過溫差循環(huán)傳至儲(chǔ)熱水箱，水箱內(nèi) 溫度不斷上升。在太陽(yáng)能輻照量較好的夏季，當(dāng)用

2、水量持續(xù)偏小或不用水時(shí)，或者系統(tǒng)斷電 時(shí)，儲(chǔ)水箱不再吸收熱量，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溫度過高，系統(tǒng)壓力增加。集熱系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下運(yùn) 行，將會(huì)導(dǎo)致一系列的系統(tǒng)問題，如高溫將會(huì)造成傳熱介質(zhì)的氣化損失、變質(zhì)，太陽(yáng)能集熱 器上非金屬材料的老化和破壞，降低太陽(yáng)能集熱器的使用壽命等，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成不 利的影響。特別是太陽(yáng)能分體承壓熱水系統(tǒng)，由于采用間接換熱強(qiáng)制循環(huán)的運(yùn)行方式，傳熱 介質(zhì)容積較小，過熱問題更為突出。民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范規(guī)定太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)安全可靠，內(nèi) 置加熱系統(tǒng)必須帶有保證使用安全的裝置，并根據(jù)不同地區(qū)應(yīng)采取防凍、防結(jié)露、防過熱、 防雷、抗雹、抗風(fēng)、抗震等技術(shù)措施。其中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

3、防過熱措施有：具有防過熱功能的太陽(yáng)能承壓水箱設(shè)置儲(chǔ)熱水箱和熱平衡水箱用遮蔭網(wǎng)蓋住一部分真空管1為降低太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，減小過熱造成的危害，保證系統(tǒng)的安 全穩(wěn)定運(yùn)行，目前已開發(fā)出許多不同的系統(tǒng)過熱保護(hù)裝置。常用的防過熱方法有：加裝T/P 閥的防過熱水箱，加大系統(tǒng)膨脹罐的容積，設(shè)置儲(chǔ)熱水箱和熱平衡水箱，電控遮陽(yáng)，電控散 熱器，防過熱功能太陽(yáng)能集熱器等。2.1加裝T/P閥的防過熱水箱圖1 77P閥T/P閥(Temperature&PressureReliefValve)是一個(gè)安全裝置，它通過排水、降 溫、減壓來保護(hù)熱水系統(tǒng)。當(dāng)水箱內(nèi)熱水的溫度因加熱膨脹產(chǎn)生的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，T/P 閥自動(dòng)

4、開啟泄水，使壓力或溫度恢復(fù)到設(shè)定值以下然后自動(dòng)關(guān)閉。這種方案通常用于儲(chǔ)水式的生活熱水水箱上，在解決系統(tǒng)過熱問題的同時(shí)排掉了大量熱水，造成了水資源與熱量的雙 重浪費(fèi)；且T/P閥對(duì)于斷電導(dǎo)致的集熱系統(tǒng)其他部分的過熱問題作用不大。圖1為T/P閥。2.2 加大系統(tǒng)膨脹罐的容積在采用防凍液作為傳熱介質(zhì)的集熱系統(tǒng)中，為減少防凍液通過安全泄壓閥排出，一般采用膨脹罐吸收膨脹后的介質(zhì)：當(dāng)系統(tǒng)中介質(zhì)升溫膨脹時(shí)，系統(tǒng)壓力增大，膨脹罐中氣體被壓縮，介質(zhì)進(jìn)入膨脹罐中；當(dāng)介質(zhì)溫度降低防攜L 由拳壓埠防志* it*T NX圖2膨脹曜氣體壓縮前后工作原理圖3太陽(yáng)能集熱器介質(zhì)排空前后工作原理時(shí)，介質(zhì)體積縮小，系統(tǒng)壓力變小，膨脹

5、罐中的氣體壓力大于系統(tǒng)壓力，于是進(jìn)入膨脹罐中的介質(zhì)被壓回系統(tǒng)中，從而始終保持系統(tǒng)中介質(zhì)體積的恒定。平板太陽(yáng)能集熱 器用于太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)時(shí)能較方便解決非采暖季節(jié)的系統(tǒng)過熱問題。因?yàn)槠桨寮療崞鳒囟壬?高后不可避免地要通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等方式向四周散熱，溫度越高，其熱損就越大，從 而達(dá)到緩解高溫工況的目的。但是對(duì)于真空管型太陽(yáng)集熱器來說，由于真空管具有保溫性能 好、熱損小等特點(diǎn)，因此太陽(yáng)能集熱器本身高溫過熱問題依然存在。在此防過熱措施中，由 于高溫工況，系統(tǒng)對(duì)于膨脹罐等部件的耐溫性能有較高的要求。圖4熱水蓄熱圖5地埋管菇熱2.5電控遮陽(yáng)電控遮陽(yáng)技術(shù)是在設(shè)定溫度下將太陽(yáng)能集熱器遮蓋，隔絕太陽(yáng)能輻射來

6、解 決過熱問題的技術(shù)。電控遮陽(yáng)技術(shù)機(jī)械控制開關(guān)、設(shè)置在機(jī)械控制開關(guān)上的撥動(dòng)桿、電機(jī)、 繞線棍、牽引繩、上檔滑動(dòng)環(huán)、固定環(huán)、下檔滑動(dòng)環(huán)、多個(gè)滑輪及卷簾等多個(gè)環(huán)節(jié)，機(jī)械控 制開關(guān)設(shè)有啟動(dòng)檔及返回檔。此種方式僅在系統(tǒng)過熱及系統(tǒng)過熱解除的瞬間接通電源，當(dāng)太 陽(yáng)能防過熱遮陽(yáng)系統(tǒng)動(dòng)作完成后系統(tǒng)自動(dòng)地、機(jī)械地切斷電源。防過熱效果好，但其運(yùn)行采 用電力控制，在斷電情況下將無法實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)以隔絕集熱系統(tǒng)吸收太陽(yáng)能；同時(shí)，對(duì)于機(jī)械控 制系統(tǒng)，也要考慮系統(tǒng)故障發(fā)的情況，尤其是太陽(yáng)能集熱器傾角較小時(shí)卷簾更易發(fā)生故障， 此種情況下將無法保證系統(tǒng)的防過熱功能。圖6為采用電控遮陽(yáng)技術(shù)的太陽(yáng)能集壤器口圖6采用電控遮陽(yáng)技術(shù)的太陽(yáng)能

7、集熱器2.6 電控散熱電控散熱器主要是通過電子儀表控制三通電動(dòng)閥和散器（風(fēng)機(jī)、冷卻 器、空調(diào)室外機(jī)等）來達(dá)到防過熱目的，在達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)三通電動(dòng)閥控制散熱器開啟進(jìn)行 強(qiáng)制散熱將集熱系統(tǒng)的溫度降下來，達(dá)到保護(hù)集熱系統(tǒng)的目的。散熱器的功率是根據(jù)集熱系 統(tǒng)過熱量和系統(tǒng)所在地室外溫度來確定的，因而其散熱效果很好，能夠確保系統(tǒng)的過熱保護(hù)。 但此技術(shù)同樣是建立在用電的基礎(chǔ)上，一旦發(fā)生斷電情況，將無法解決集熱 系統(tǒng)悶曬過熱 問題，且設(shè)備成本過高。圖7為采用電控散熱器防止系統(tǒng)過熱的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)圖7呆用電控散熱器防止系統(tǒng)過熱的太陽(yáng)能采聯(lián)系統(tǒng)2.7配置并聯(lián)散熱管路的太陽(yáng)能承壓集熱器在太陽(yáng)能集熱器主管路上并聯(lián)一段

8、管路，在并聯(lián)管路上設(shè)置金屬換熱裝置， 且與主管路連接處設(shè)有溫控閥，當(dāng)溫控閥打開時(shí)，與主管路形成回路進(jìn)行散熱。該裝置理念 是在電控散熱器基礎(chǔ)上開發(fā)自動(dòng)運(yùn)行的散熱器，溫控開關(guān)自動(dòng)運(yùn)行，不受斷電限制，但其結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，造成防過熱效果沒有發(fā)揮出來。太陽(yáng)能集熱器主管路上并聯(lián)的一段管路高 于集熱器的主管路，集熱器充注流體時(shí)，未達(dá)到溫控閥的開啟溫度，造成集熱器并聯(lián)管路中 全部是空氣，形成氣阻，即使溫控閥達(dá)到開啟溫度打開，集熱器中熱流體仍無法到達(dá)并聯(lián)管 路散熱器處，造成散熱器失效。2 8太陽(yáng)能集熟器防過熱裝置叫凰圖8)圖B太陽(yáng)能集熱器防過熱裝置圖9為采用太陽(yáng)能集地器防過熱裝置的工程項(xiàng)目。圖9采用太陽(yáng)能集

9、熱器防過熱裝置的工程頊目在太陽(yáng)能集熱器主管路上并聯(lián)一段管路，在并聯(lián)管路上設(shè)置金屬換熱裝置，且與主管路連接處設(shè)有溫控閥，當(dāng)集熱器內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，溫控閥自動(dòng)開啟、關(guān)閉，控 制系統(tǒng)開啟自然散熱循環(huán)，不受斷電制約。系統(tǒng)加裝排氣裝置，解決集熱器氣阻失效問題， 斜坡結(jié)構(gòu)保證運(yùn)行良好。這樣的防過熱集熱器，無論是冬夏太陽(yáng)能不平衡造成的過熱問題， 還是斷電造成的過熱問題都可以避免，無論是整個(gè)系統(tǒng)還是太陽(yáng)能集熱器個(gè)體都可以得到保 護(hù)，自然循環(huán)散熱，無需消耗能源，是一種應(yīng)用范圍比較廣、效果比較突出的防過熱解決方 案。開發(fā)具有防過熱功能的太陽(yáng)能集熱器，通過集熱器的過熱保護(hù)來防止系統(tǒng)過熱問題，將對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的

10、意義：第一，市場(chǎng)上需要能夠用于太陽(yáng)能采暖的集熱器，要 解決冬天好用，從目前的技術(shù)講真空管型太陽(yáng)能集熱器比較適合，但是首先要解決夏季集熱 器過熱問題；第二，對(duì)于大型低溫太陽(yáng)能集熱工程，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不平衡會(huì)導(dǎo)致集熱系統(tǒng)局部 過熱，因此需要集熱器單元具有自保護(hù)功能；第三，降低太陽(yáng)能集熱器的運(yùn)行溫度，可以使 集熱器的選材更加寬泛，增大了降低的成本空間，從而擴(kuò)大太陽(yáng)能集熱器的應(yīng)用市場(chǎng)空間。3 結(jié)束語(yǔ)從根本上說，解決太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)過熱問題的途徑有兩種：遮擋集熱部件減少 集熱量和增加系統(tǒng)用熱量或散熱量。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，不能只片面的選擇一種方案，需 綜合考經(jīng)濟(jì)因素和建筑物實(shí)際情況，因地制宜，探索出最適合、可靠、經(jīng)濟(jì)、方便、高效的 防過熱方法。（責(zé)任編輯：郭娜娜）參考文獻(xiàn)1、GB50364-2005，民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范2、孔德騫，金瑋濤.太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與防過熱的探討，低溫建筑技術(shù)3、張昕宇，何濤，鄭瑞澄，路賓，李忠，馮健，范強(qiáng)太陽(yáng)能供熱空調(diào)