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如何將太陽能和壁掛爐系統組合使用

作者:網站管理員 來源:本站原創 日期:2013-4-25 10:34:46 點擊:2943 屬于:行業新聞
寧波地源熱泵

跟著社會的提高和糊口水平的進步,人們對環境的關注程度也與日俱增。各國政府,特別是發達國家政府在制定政策時,越來越多地考慮環保方面的因素,以保證社會的可持續發展。開發利用可再生能源和太陽能成為全球關注的焦點,我國政府也在鼎力支持和鼓勵開發和使用新能源和可再生能源。太陽能是太陽內部連續不斷的核聚變反應過程中開釋出的能量,輻射到地球,人們通過光電、光熱、光化學的方式使之轉化利用以服務人類。其特點是取之不盡、用之不竭,一次投入終身使用,沒有任何污染。太陽能是綠色環保的、廉價的能源。但是在陰雨連綿或氣溫低的日子,獨立太陽能產品就會表現出它的劣勢,不能知足用戶既節能又恬靜的要求,因此開發既節能又恬靜的太陽能組合產品就顯得尤其重要。下面將先容兩種太陽能和壁掛爐組合系統。


 

1 一體式太陽能熱水器與模擬調整式壁掛爐結合的獨立糊口熱水系統


 

其特點:


 


 

(1)太陽能儲熱水箱與集熱板之間采用天然輪回方式,不需要任何其它的調節設備。


 

(2)通過安裝在壁掛爐下真個調節組件來實現太陽能熱水與壁掛爐的結合使用,溫控器安裝在三通分流閥的進水端,溫控點用戶可根據需要調節,當太陽能出水溫度低于溫控器設定溫度時(如40℃),三通分流閥將太陽能中的低溫水送入壁掛爐加熱;當太陽能出水溫度高于溫控器設定溫度(如40℃)時,三通分流閥將太陽能中的熱水直接送入恒溫混水閥熱水端。恒溫閥出水溫度用戶也根據需要調節,一旦調好出水溫度將保持恒定;這樣不管是太陽能熱水或壁掛爐加熱熱水均有恒溫混合閥來恒定出水溫度。


 

(3)調節組件體積小,不占用空間;操縱簡樸,不需要太多技術維護;能完全利用太陽能儲水箱的中低溫水。


 

(4)衛生水狀態的熱效率將大大進步。我們以熱水產率為13kg/min熱效率為90%基準氣為G20的單壁掛爐和組合產品為例作對比計算:假定冷水溫度是20℃,太陽能熱水溫度為35℃,而我們需要42℃熱水


 

根據公式
  


 

式中:


 

hu是單機有效效率,%;


 

m是修正后水的質量,kg;


 

Vr(10)是將試驗期間測得的燃氣用量針對15℃、1013.25毫巴修正后的值


 

Hi是所使用的燃氣在15℃、1013.25毫巴和干燥前提下的凈熱值,MJ/m3;


 

Dp是對應于均勻水流溫度試驗裝置的熱損失,包括輪回泵的熱損失,KJ,(DP根據實際計算,在這里寧波地暖可以為兩種測試狀態相同)。


 

單機壁掛爐每分鐘燃氣用量Vr=4.186*m*(t2-t1)/1000*hu*Hi)=4.186*13(42-20)/(1000*90%*37.78)=0.0352m3


 

太陽能壁掛爐組合系統每分鐘燃氣用量Vr=4.186*m*(t2-t1)/1000*hu*Hi)=4.186*13(42-35)/(1000*90%*37.78)=0.0112m3


 

 


 

這樣比較太陽能壁掛爐組合系統熱水狀態的熱效率比單機壁掛爐高良多;同時在混合水系統配置了恒溫混水閥,恒溫混水閥的混合出水口處,裝有一個熱敏元件,利用感溫元件的特性推動閥體內閥芯移動,封堵或者開啟冷、熱水的進水口。在封堵冷水的同時開啟熱水,當溫度調節旋鈕設定某一溫度后,不論冷、熱水進水溫度、壓力如何變化,進入出水口的冷、熱水比例也隨之變化,從而使出水溫度始終保持恒定,調溫旋鈕可在產品劃定溫度范圍內任意設定,恒溫混水閥將自動維持出水溫度。解決洗浴中央水溫乍寒乍熱的題目,當冷水間斷時,混水閥可以在幾秒鐘之內自動封閉熱水,起到安全保護作用,防止燙傷,確保用戶熱水的恒溫恬靜性。


 

一體式的太陽能儲熱水箱與集熱板之間采用天然輪回方式換熱,集熱效率低,需較長的日照時間,且在特別嚴寒的冬天要通過排空等措施防凍。


 

2 分體式太陽能熱水器與單供暖壁掛爐結合的獨立供暖及糊口熱水系統


 

其特點:


 


 

(1)太陽能儲熱水箱與集熱板之間通過流出和流回板塊控制系統輪回換熱,太陽能利用效率高,換熱快。


 

(2)太陽能儲水箱的底部為集熱換熱盤管,上部為壁掛爐換熱盤管。溫控器安裝在水箱上部,當水溫低于設定溫度時,溫控器給予壁掛爐內部的三通切換閥信號,將供暖環路切換到換熱盤管,優先提供糊口熱水。儲水箱的熱水經由恒溫混合閥混合后輸送到用戶端。實現了壁掛爐供暖及糊口熱水輔助加熱,適合中小住宅中,有空間安裝太陽能儲水箱的用戶。不外儲水箱的上部通過溫控器隨時保持設定的熱水溫度,壁掛爐的熱量通過上部的換熱盤管會使整個水箱的溫度升高,這樣就會降低太陽能的熱效率,造成一定的能源鋪張。


 

用戶首先根據自己所處的地輿位置對太陽能熱水器組合系統進行選型和計算:


 

(1)太陽能熱水器選型:以蘭州某3口之家為例,蘭州冬季采暖室外設計溫度為-11℃,因此要采用防凍工質二次換熱分離式強制輪回太陽能熱水器,集熱器選用金屬熱管型玻璃真空管集熱器,安裝于屋頂,安裝角度與當地緯度相同,輔助熱源為燃氣壁掛爐。


 

(2)戶日用熱水量計算:根據蘭州當地實際情況,設定qd=40L/人*日,水溫60℃


 

Q=m*qd=3*40L=120(L/d)


 

(3)集熱器面積計算:Ac=Q*c*ρ(te-tL)*f/[Jt*η(1-ηL)]


 

Ac—集熱器面積(m2);


 

te—儲水罐內水的設定溫度(℃)


 

tL—儲水罐內水的初始溫度(℃)


 

f—太陽能保證率(%):即對應必要的糊口熱水負荷量,由太陽能供應的比率;應根據系統使用期內的日照前提、系統經濟性及用戶要求等要素綜合考慮后確定;一般30-80%為宜;


 

Jt—當地集熱器采光面上的均勻日太陽輻射量(KJ/m2);根據年總太陽能輻射量(由普通住宅太陽能集熱器面積選配速查表查得,然后除以365天而得);


 

η—集熱器均勻集熱效率,無量綱,根據經驗取值,一般0.45-0.50為宜;詳細取值應根據集熱器產品的實際測試結果而定;


 

ηL—集熱系統熱損失率。依系統保溫措施定,經驗值為ηL=0.1-0.2,分離式取上限值;


 

c—水的比熱,c=4.187(kj/kg·℃);


 

ρ—熱水密度(kg/L)。


 

按照: Q=120(L/d);te=60℃;tL=10℃;f=60%;Jt=16319(KJ/m2)(蘭州);η=0.55;ηL=0.2;c=4.187(kj/kg·℃);ρ=1(kg/L)計算。Ac=2.1m2;即選用2.1m2集熱器。


 

(4)儲水罐容積


 

V設計=1.3V有效=1.3×120=156L。即選用156L儲水罐。


 

(5)壁掛爐計算Qm=1.1Σqs(tr-tL)×60/25


 

Qm—水溫升為25℃時,壁掛爐每分鐘產熱水量(L/min);


 

qs—用具的額定秒流量(L/s);


 

tr—使用時的熱水溫度(℃);


 

tL—冷水溫度(℃);


 

25—產品額定產熱水量所對應的水溫升劃定值(25℃)。


 

按照tr=60℃;tL=10℃;qs=0.1×0.7=0.07 L/s(按只使用一個節水淋浴器計算)


 

Qm=1.1×0.07(60-10)×60/25=9.24(L/min)。即選用熱水產率為10L/min的壁掛爐,此壁掛爐其答應的進水溫應能知足集熱系統出水溫度的要求,且具有根據水溫度自動調節燃氣量,保證恒溫供暖功能。


 

(6)根據集熱系統供水和回水的溫度差,確定輪回水泵的大小,通常溫差為10℃。


 

(7)換熱盤管設計:通常內置式換熱盤管設計根據換熱盤管面積即是集熱器面積的35%-40%計算。


 

(8)膨脹罐的選型


 

在集熱輪回系統內,為了避免液體加熱膨脹從安全閥泄漏或損壞系統,膨脹罐是必不可少的元件,按照下面公式計算選型:


 

Vu=(Vc×e+Vp)×k


 

Vu=膨脹罐的有效容積 (L)


 

Vc=集熱輪回系統液體量(L)


 

e=液體膨脹系數:水0.045;水/乙二醇溶液0.07


 

K=安全系數:通常取1.1


 

Vn=Vu×(Pf+1)/(Pf-Pi)


 

Vn=膨脹罐的額定容積 (L)


 

Vu=膨脹罐的有效容積 (L)


 

Pf=最高壓力。(bar)通常安全閥的開啟壓力為0.5bar


 

Pf=起始壓力。(bar)又稱預沖壓力


 

(9)安全閥、排氣閥的選配


 

通常選為開啟壓力為0.5bar安全閥;排氣閥應安裝在系統的頂端,耐高溫,及時排出集熱系統中存在的空氣。


 

接著按照相關尺度、安裝說明進行安裝調試。分體式的太陽能儲熱水箱與集熱板之間通過輪回泵強制輪回換熱,集熱效率高,在特別嚴寒的冬天因系統輪回液為水/乙二醇溶液防凍液,可以有效防凍;在溫度較高,日照較長的夏天,只要集熱器和儲水罐匹配公道,膨脹罐和安全閥選型準確,預沖壓力得當,集熱系統的過熱題目也較輕易控制。


 

3 結論


 

太陽能組合系統受地輿位置等環境因素影響很大,在選配組合時要因地制宜,且一次投資大,假如沒有政府相應的鼓勵政策,用戶很難接受。但是跟著經濟水平的不斷發展,政府和人民節能意識的逐步進步和技術的不斷成熟,太陽能和壁掛爐等組合系統必將得到廣泛應用。


 

當然,太陽能熱水器和壁掛爐組合方式良多,如何有效利用需要我們不斷研究!

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