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利用阳光热水节能减排—大力推广热水工程

2012-5-23 14:47:07      点击:
庄绍林—中科院研究员
 
       近来石油价格飞涨,煤炭资源紧张,宾馆、洗浴中心的成本费用越来越高,由于环保意识的强化,有识之士、精明老板逐渐把目光投向了太阳能的利用。作者通过近7年来北京邮电大学、华油三中、铁道部四方车辆厂、青岛海尔新材料公司、青岛水晶之恋洗浴中心、威海教师之家、大同煤矿、山东新汶煤矿、徐州、大连、四平、哈尔滨、酒泉、大理、拉萨、合肥、鄂州、桂林等地大型集热工程的设计安装,总结如下,以便与客户及同行交流。
     
      一、    太阳能热水工程的一般形式和优缺点:
1、    分体式强制循环型:
真空管集热器通过管道与储水箱相连,根据太阳能真空管的水温与水箱的水温之差,用循环泵使太阳能真空管的水与水箱的水进行强制热交换。即太阳能真空管的水温高于水箱水温5度—10度时,循环泵工作,将水箱的水抽到太阳能真空管集热器底部,集热器上部的热水从而顶入水箱;当太阳能真空管的热水与水箱水温基本平衡(≤2度)时,循环泵停止工作,这样不断提高水箱的水温。这种方式热效率高,水箱提温快,但需要增加循环泵的费用。
有的用户采用定温出水式,即当太阳能集热器的水温高于设定值1时,向集热器供自来水,将集热器的热水顶入水箱,当太阳能集热器的水温低于设定值2时,停止供水。这种办法好处是成本低,但要随季节不同调整设定值,不太方便。
有的用户将上述两种方法结合起来,即水满后,再温差循环,这样做的好处是水箱初水温较高;但弊端是阴雨天需修改调数据,这是很麻烦的.
2、    联体式自然循环型:
真空管集热器直接与水箱相连,太阳能真空管的水温升高时热水进水箱上部,温度较低的水入真空管,这样周而复始,提高水箱水温。成本虽然较低,但是效率差.有的用户采用家用太阳能热水器串联成排组合法,虽安装简单,但不利于随时取热水,安装时各水箱还需在同一水平位置,困难较大。另外,成本并不低.这种方法只适合600升以下的热水小工程.
    
       二、    对全自动控制柜功能的一般要求:
1、    自动检测并控制水箱的水位,因为水箱的水温一般大于63℃,传感器容易长水垢,因此水位传感器必须具有防水垢功能;
2、    自动检测太阳能集热器和水箱的水温,并能自动测算出两水温之差;
3、    自动测量水箱的水温,并能控制辅助加热器的开、关;
4、    自动测量可能结冰的管道温度,能自动防止结冰;
5、    自动防止电加热器干烧;
6、    精度达千分之一的温控恒温出水功能;
7、    上述任何功能都可做定时控制,每天可定时10次以上;
8、    漏电时在0.1秒内能够自动切断电源;功率大于设计值时能够自动切断电源;
9、    以上任何功能在断电状态下可做到长达一年以上的记忆;
10、    功率电器(大于2KW)控制部件必须是3C认证、名牌产品。
      
       三、    太阳能集热工程一般计算方法:
1、真空管数量的计算:
真空管集热器(ø47)10根可作为1平方米的集热面积,在一般光照下每天可产生45℃--65℃的热水90千克。如果每天要用热水X吨,太阳能集热器真空管的根数为Y,那么Y=(1000X÷90)×10。例如需要8吨热水,那么Y=(1000×8÷90)×10=888(根)
2、辅助电加热功率的计算:
①当阴雨天无光照时,需要热水,可通过电辅助加热的办法,其功率大小的运算如下:一般情况下按每吨水5千瓦计算。例如8吨水需8×5=40千瓦。尽量采用三相电供电.大于10KW的电加热器若采用单相电,极易使供电线路偏相而跳闸断电.
②电加热导线的直径的计算方法( 铜线):一般每平方3安培。例如42千瓦(三相电)需要16平方的导线。公式:S(平方数)=P(功率)÷√3(三相电)÷220(相电压)÷3(每安培平方数)。铝线及导线过长应适当增加直径。
③防漏电的措施:
a、         电加热的水箱必须可靠接地,即使潮湿的地面,地线角铁必须打入2米以下。干燥的地面得4米以下,接触潮湿土壤为准。有的人想用避雷线代替地线,这是绝对不允许的,其做法是,导致引雷,且不能防漏电。但可以用大楼的主地线代替(可以从大楼的配电柜中找)。
b、         全自动控制柜里面应安装国家3C认证的名牌漏电断路器。
c、         另外,采用加长纯塑料热水出水管道(8米以上PPR或PEX等管),也是提高安全系数的办法。
3、循环泵、电磁阀的选购方法:
①循环泵应在估算每天循环次数和水箱总量的基础上计算出流量,根据流量计算和扬程去选循环泵。一般功率200E—3000W之间。或询问循环泵供应商,大于1KW应采用三相供电。
②电磁阀:一般应采用220V交流电压,20W-60W瓦的功率,这样可防止电压波动带来的危害,直径可取ø20—32mm。电磁阀一般无漏电之虑。
    
       四、    工程造价的计算方法:
1、按真空管的面积计算:一般每平方米1600—1900元左右。
2、按每日产热水(45℃以上)每吨按1.5—2.8万元左右。
    
       五、    管道防冻的方法:
1、定温控制伴热带的供电,当管道温度低于某值时(例如4℃,不要低于0℃再动作,这样费电),给紧贴管道外壁的伴热带通电加温;当管道的温度到达另一值时(例如12℃,可根据实际调整),伴热带断电。伴热带功率的计算方法:宽8mm-20MM,每米15瓦—30瓦,10米可达200瓦,采用0.5平方的电线即可,如果宽度大于8mm,每米的功率大于20瓦。伴热带越长功率越大。
2、定温控制循环泵,使管道的水和水箱的水进行热交换,提高管道温度,防止结冰。如果全自动控制柜设计合理,集热器与水箱进行热交换的循环泵可以同时担任防冻循环泵。
     
        六、    水路设计注意以下规律:
1、    同一容器,热水向上移动,冷水向下移动-自然循环;
2、    同一管道水总要保持同一个水平面-水往低处流;
3、    同一管道中气体总要到最高处,注意使水中气体有泄放孔-气向高处跑;
4、    自来水的压力一般大于热水的压力(水箱水的压力计算方法:水深10米可作为一个大气压计算。而自来水的压力一般可达4个大气压)-不易混水;
5、    存在虹吸现象-绕过障碍物;
6、    同一管道中,直径大的流速慢,直径小的流速快-流量相同。
       
        七、    恒温出水的办法:
采用高精度定温控制仪表,精度应达到千分之一(铂金传感器),避免造成烫伤,常见仪表温度值误差达±2度(热敏电阻传感器),可达4度误差,假设设定42℃,误差是4度,放水温度值是46℃,很容易造成烫伤。设定上限水温,高于某水温值时加入自来水使水温下降,达另一值时停止加水。
     
        总之,只要采用科学的态度设计安装太阳能热水工程,会达到成功的目的。但核心是要寻找可靠的全自动控制柜,重点是水箱水位传感器具有防水垢功能,而正确安装全自动控制柜,必须在认真读懂使用说明书的条件下,去施工,防止出错。