簡述太陽能熱水供應系統設計

趙改英

摘 要：節能、環保、便捷、經濟效益明顯是太陽能熱水供應系統具有的巨大優勢，如今，太陽能熱水供應系統成為太陽能應用的主要形式。在全社會倡導節能減排的大形勢下，開發、研究該系統具有極大的意義。本文歸納了該系統的優點，并把集熱系統、輔熱系統、安全防護系統的設計做了重點介紹。

關鍵詞：太陽能；熱水供應系統；設計；集熱器；輔熱設備

1 闡述太陽能熱水供應系統

太陽能熱水系統是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置，在目前的太陽能應用發展中，太陽能熱水系統是最成熟、最具有經濟價值并且已經商品化的應用產品。按加熱循環方式分類，太陽能熱水器可分為自然循環式、強制循環式、儲置式3種。太陽能集熱器、保溫水箱、連接管路和控制中心是構成太陽能熱水供應系統的3大部件。

2 太陽能熱水供應系統的四大優點

第一大優點：節能環保，該系統的主要熱源是太陽能，作為房屋建筑熱水系統和采暖用熱水系統的主要熱源，該系統減少了能源與資源的消耗，減少了二氧化碳的排放，不對空氣進行污染。

第二大優點：通過統一規劃設計、同步施工，設備及管線的合理配置，該系統與房屋建筑結構科學有序結合在一起，與建筑物協調一致。這樣既保證了整體工程質量，也提高了建筑物的美感和景觀藝術。做到省時、省工、省力。

第三大優點：操作簡單、運行安全。該系統技術先進、簡單易學、便于操作。而且功能完善，特別是智能化自動控制系統安全可靠。很少出現安全事故。為現代家庭和單位所接受。

第四大優點：該系統可利用現有工程條件和地方資源優化配置輔助加熱能源，如市政蒸汽管網系統能源、中央空調系統能源等，達到充分利用能源的目的。

3 該系統設計的四個要點

3.1 集熱系統的設計

3.1.1 系統規模設計

集熱系統的規模適可而止，不宜過大，集熱器陣列的總出水口同儲熱水箱間的距離應控制在300m范圍內。在規模較大的小區，可以把相鄰的幾幢或單幢建筑分為一個小系統，通過增設站室實現節能。

3.1.2 選擇適合的加熱系統

太陽能加熱系統可分為間接式和直接式，直接式又可分為自然循環式和強制循環式，而強制循環式又可分為連續式和間歇式。各有優缺點，具體比較如下：

間接式室外部分所用工質為防凍液，防凍能力強，但由于需換熱器加熱循環水，故初次投資比較大，而且總的熱效率低。

自然循環式無須專人看護，一次投資少，但水箱需高架，抗凍性能差，且系統不能過大，集熱面積通常在30m2以下。

連續式強制循環系統水箱可置于室內，水泵連續運行且工況穩定，初次投資較省。缺點是該系統常常在日照較弱的情況下運行水泵，造成無效運行，浪費電能。

間歇式強制循環系統增設了水泵運行控制儀，該系統避免了水泵無效運行，缺點是初次投資較大，而且運行管理要求也比較高。

綜上分析可知：自然循環式系統可優先采用于非寒冷地區的小面積系統。連續式強制循環系統可用于游泳池和魚塘用水加熱。間歇式強制循環系統優先用在賓館、浴池大面積系統。使用間接系統時應經過技術經濟比較。而且只有選擇合適的加熱系統，才能做到物盡其才。

3.1.3 集熱器的選型

太陽能集熱器包括平板型、熱管真空管、全玻璃真空管等。平板型的優點是集熱塊、價格低、承壓高、耐熱沖擊性能好，缺點是室外氣溫較低時熱損失較大，不耐冰凍。熱管真空管的優點是熱效較高、承壓能力大、耐熱沖擊性能好、耐冰凍，系統可靠性強，這種集熱器幾乎找不到缺點，是比較理想的一種類型。全玻璃真空管的優點是全年熱效高，缺點是承壓能力低、系統可靠性差，更重要的是玻璃管內易結垢且難清理。

綜上分析，平板型集熱器優先用于非冰凍地區；熱管真空管優先用于在寒冷地區的大面積熱水系統；在寒冷地區大面積使用全玻璃真空管時，必須采取措施提高其承壓能力和抗熱沖擊能力。

3.1.4 集熱器的定位

首先，集熱器的方位角宜朝南，如果不能做到，最好設置為南偏東或南偏西15°角內擺放。其次，全年使用時，安裝傾角應與當地緯度一致；側重在冬季使用時，傾角應比當地緯度大10°；側重在夏天使用時，傾角應比當地緯度小10°。最后，為了避免相互遮擋，成排安裝時，集熱器的間距應大于日照間距。順坡屋面安裝時，要留出安裝間距和檢修空間。

3.2 輔熱設備的設計

首先要計算輔熱設備負荷。輔熱設備負荷的設計，應該把日常所需熱量作為輔助設備考慮因素，而不應考慮太陽能的效用。其次在輔助設備選型上，可根據熱源不同，要求不同，采取因地制宜，恰當應用工業廢熱、設備余熱、電熱水鍋爐、柴油鍋爐、燃氣鍋爐、空氣源熱泵等。近幾年，空氣源熱泵熱水器從空氣中獲得能源具有節能環保、費用低廉等優點，是輔助加熱的最佳選擇。在氣溫較高的南方地區，更加適合這種產品。

3.3 防過熱、防爆安全設計

防高溫、防爆是太陽能供熱系統必需具備的功能。要做好這項工作，需要做好以下幾點。第一，把放氣器、安全閥、膨脹管設放在集熱系統的管道上，適當提升系統內部的壓力。第二，設置空氣散熱器，當溫度過高時用來散出熱量，防止過熱。第三，采用遮陽設備。盡量避免高溫出現。不讓供熱系統過熱，把事故消滅于萌芽之中。

3.4 防凍安全設計

倒循環、排回、排空、添加防凍劑是防凍的主要措施，各具利弊，應因地制宜。其中，倒循環的優點是比較簡單，缺點是耗電量大。可通過保溫、降阻等方式來解決這一問題。

4 結束語

隨著人們環境意識的提高，太陽能的應用已經越來越廣泛，特別是太陽能熱水器已經進入千家萬戶，但也應看到在太陽能熱水供應系統的設計和應用中也存在諸多問題。只有采取合理的技術措施將之解決，才能真正發揮太陽能資源的優勢來造福人類。

參考文獻

[1]田琦.大型太陽能熱水供應系統設計的若干問題[J].中國給水排水，2001，17（6）：33-35.

[2]姚良琮，姚麗婕.雙節能熱水系統的應用[J].Shanghai Gas，2012，（5）：38-41.

（作者單位：邯鄲建筑設計有限責任公司）