太陽能熱利用系統(tǒng)防過熱設計

1、太陽能熱利用系統(tǒng)防過熱設計分析2013-05-11 08:58:54 作者：佚名 來源：互聯(lián)網 0 引言0 引言在太陽能熱利用系統(tǒng)的實際應用中，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，由于太陽能冬、夏季節(jié)的不平衡,導致夏季產熱量大于需求量，產生過剩的熱量，給太陽能熱利用系統(tǒng)帶來一些問題，尤其是太陽能采暖系統(tǒng)，過熱問題尤為突出。如何避免系統(tǒng)過熱，是太陽能熱利用系統(tǒng)設計中不可忽視的問題，也是困擾太陽能熱利用系統(tǒng)大范圍推廣的重要因素。1 過熱對太陽能熱利用系統(tǒng)的危害太陽能集熱器吸收太陽輻射能轉化為熱量，通過溫差循環(huán)傳至儲熱水箱，水箱內溫度不斷上升。在太陽能輻

2、照量較好的夏季，當用水量持續(xù)偏小或不用水時，或者系統(tǒng)斷電時，儲水箱不再吸收熱量，導致系統(tǒng)內溫度過高，系統(tǒng)壓力增加。集熱系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下運行，將會導致一系列的系統(tǒng)問題，如高溫將會造成傳熱介質的氣化損失、變質，太陽能集熱器上非金屬材料的老化和破壞，降低太陽能集熱器的使用壽命等，對整個系統(tǒng)的運行造成不利的影響。特別是太陽能分體承壓熱水系統(tǒng)，由于采用間接換熱強制循環(huán)的運行方式，傳熱介質容積較小，過熱問題更為突出。2  太陽能熱利用系統(tǒng)的防過熱方案民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范規(guī)定太陽能熱水系統(tǒng)應安全可靠，內置加熱系統(tǒng)必須帶有保證使用安全的裝置，并根據(jù)不同地區(qū)應采取防凍、防結露、防過熱、防

3、雷、抗雹、抗風、抗震等技術措施。其中太陽能熱水系統(tǒng)防過熱措施有：1.具有防過熱功能的太陽能承壓水箱2.設置儲熱水箱和熱平衡水箱3.用遮蔭網蓋住一部分真空管1 為降低太陽能熱利用系統(tǒng)的運行溫度，減小過熱造成的危害，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，目前已開發(fā)出許多不同的系統(tǒng)過熱保護裝置。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，設置儲熱水箱和熱平衡水箱，電控遮陽，電控散熱器，防過熱功能太陽能集熱器等。     2.1  加裝T/P閥的防過熱水箱T/P閥（Temperature&PressureReliefValve）是一個

4、安全裝置，它通過排水、降溫、減壓來保護熱水系統(tǒng)。當水箱內熱水的溫度因加熱膨脹產生的壓力達到設定值時，T/P閥自動開啟泄水，使壓力或溫度恢復到設定值以下然后自動關閉。這種方案通常用于儲水式的生活熱水水箱上，在解決系統(tǒng)過熱問題的同時排掉了大量熱水，造成了水資源與熱量的雙重浪費；且T/P閥對于斷電導致的集熱系統(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：當系統(tǒng)中介質升溫膨脹時，系統(tǒng)壓力增大，膨脹罐中氣體被壓縮，介質進入膨脹罐中；當介質溫度降低 

5、60;  時，介質體積縮小，系統(tǒng)壓力變小，膨脹罐中的氣體壓力大于系統(tǒng)壓力，于是進入膨脹罐中的介質被壓回系統(tǒng)中，從而始終保持系統(tǒng)中介質體積的恒定。平板太陽能集熱器用于太陽能采暖系統(tǒng)時能較方便解決非采暖季節(jié)的系統(tǒng)過熱問題。因為平板集熱器溫度升高后不可避免地要通過傳導、對流和輻射等方式向四周散熱，溫度越高，其熱損就越大，從而達到緩解高溫工況的目的。但是對于真空管型太陽集熱器來說，由于真空管具有保溫性能好、熱損小等特點，因此太陽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)對于膨脹罐等部件的耐溫性能有較高的要求。2.5電控遮陽4  電控遮陽技術是在設定溫度下

6、將太陽能集熱器遮蓋，隔絕太陽能輻射來解決過熱問題的技術。電控遮陽技術機械控制開關、設置在機械控制開關上的撥動桿、電機、繞線棍、牽引繩、上檔滑動環(huán)、固定環(huán)、下檔滑動環(huán)、多個滑輪及卷簾等多個環(huán)節(jié)，機械控制開關設有啟動檔及返回檔。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，當太陽能防過熱遮陽系統(tǒng)動作完成后系統(tǒng)自動地、機械地切斷電源。防過熱效果好，但其運行采用電力控制，在斷電情況下將無法實現(xiàn)遮陽以隔絕集熱系統(tǒng)吸收太陽能；同時，對于機械控制系統(tǒng)，也要考慮系統(tǒng)故障發(fā)的情況，尤其是太陽能集熱器傾角較小時卷簾更易發(fā)生故障，此種情況下將無法保證系統(tǒng)的防過熱功能。   

7、0;2.6   電控散熱    5電控散熱器主要是通過電子儀表控制三通電動閥和散器（風機、冷卻器、空調室外機等）來達到防過熱目的，在達到設定溫度時三通電動閥控制散熱器開啟進行強制散熱將集熱系統(tǒng)的溫度降下來，達到保護集熱系統(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。但此技術同樣是建立在用電的基礎上，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)過熱的太陽能采暖系統(tǒng)2.7  配置并聯(lián)散熱管路的太陽能承壓集熱器6

8、  在太陽能集熱器主管路上并聯(lián)一段管路，在并聯(lián)管路上設置金屬換熱裝置，且與主管路連接處設有溫控閥，當溫控閥打開時，與主管路形成回路進行散熱。該裝置理念是在電控散熱器基礎上開發(fā)自動運行的散熱器，溫控開關自動運行，不受斷電限制，但其結構設計存在缺陷，造成防過熱效果沒有發(fā)揮出來。太陽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，未達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，即使溫控閥達到開啟溫度打開，集熱器中熱流體仍無法到達并聯(lián)管路散熱器處，造成散熱器失效。在太陽能集熱器主管路上并聯(lián)一段管路，在并聯(lián)管路上設置金屬換熱裝置，且與主管路連接處設有溫控閥

9、，當集熱器內部溫度達到設定溫度時，溫控閥自動開啟、關閉，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，斜坡結構保證運行良好。這樣的防過熱集熱器，無論是冬夏太陽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，無論是整個系統(tǒng)還是太陽能集熱器個體都可以得到保護，自然循環(huán)散熱，無需消耗能源，是一種應用范圍比較廣、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能集熱器，通過集熱器的過熱保護來防止系統(tǒng)過熱問題，   將對市場產生深遠的意義：第一，市場上需要能夠用于太陽能采暖的集熱器，要解決冬天好用，從目前的技術講真空管型太陽能集熱器

10、比較適合，但是首先要解決夏季集熱器過熱問題；第二，對于大型低溫太陽能集熱工程，系統(tǒng)設計的不平衡會導致集熱系統(tǒng)局部過熱，因此需要集熱器單元具有自保護功能；第三，降低太陽能集熱器的運行溫度，可以使集熱器的選材更加寬泛，增大了降低的成本空間，從而擴大太陽能集熱器的應用市場空間。3   結束語從根本上說，解決太陽能熱利用系統(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，在實際應用中，不能只片面的選擇一種方案，需綜合考經濟因素和建筑物實際情況，因地制宜，探索出最適合、可靠、經濟、方便、高效的防過熱方法。（責任編輯：郭娜娜）參考文獻1、GB50364-2005，民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范2、孔德騫，金瑋濤.太陽能熱水供應系統(tǒng)設計與防過熱的探討，低溫建筑技術3、張昕宇，何濤，鄭瑞澄，路賓，李忠，馮健，范強.太陽能供熱空調系統(tǒng)防過熱