1、1自然循环平板式太阳能热水系统的设计计算【摘要】随着我国的改革开放的程度进一步加强，我国的经济建设取得了举世瞩目的成就。现阶段，低碳、生态、节能成为经济建设的主题，太阳能热水系统是现阶段发展的相对成熟的装备，对其进行推广对我国的和谐社会的建立具有重要的作用。笔者结合自己多年的工作经验，现简要谈谈自然循环平板式太阳能热水系统的设计计算。 【关键词】自然循环，平板式太阳能，热水系统，设计 中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号： 一前言 可再生能源逐步替代常规能源是世界发展的趋势。太阳能集热技术可以利用太阳能满足生活热水、采暖、供电等多种需求，是运用可再生能源的重要技术手段之一。太阳
2、能热水系统是一种重要的可再生能源利用技术，推广应用太阳能热水系统，对于减少矿物能源消耗、减少环境污染、缓解用能紧张形势、促进节能减排、实现可持续发展都具有重要意义。太阳能与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境，不仅让住户家庭生活舒适，而且节能环保。本文主要针对自然循环平板式太阳能热水系统的设计和计算做了一些探讨。 二.太阳能热水系统的研究现状 能源是整个世界发展和经济增长的最基本动力，是人类赖以生存的物质基础。随着全球人口不断增长，能源的需求也在倍增，与此同时常2规能源正在急剧减少，能源问题逐步突现。 我国作为世界上最大的发展中国家，是一个能源生产和消费大国，同时又是一个以煤炭为主要能源
3、的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出，能源问题日益成为制约我国社会经济可持续发展的瓶颈。因此要实现经济社会的可持续发展，必须寻找新的可再生能源来替代原有的化石能源。 太阳能是永不枯竭的清洁可再生能源之一，是 21 世纪以后人类可期待的、最有希望的能源之一。我国拥有丰富的太阳能资源，据统计，每年中国陆地接收的太阳辐射总量，相当于 24000 亿 t 标煤，全国总面积2/3 地区年日照时间都超过 3000h，特别是西北一些地区超过 3000h，这为中国大力开发太阳能资源提供了可能。 我国太阳能热水器的应用研究开始于上世纪 70 年代末，30 多年来，太阳能热水器己在中国推广利用，2006 年全
4、国总产量达到 1800 万 m2，占世界总量的 75%，总销售额约 320 亿元；总保有量为 9000 万 m2，占世界总量的 60%以上，居世界首位。由于太阳能热水器出色的节能减排效果和经济实用性，为 2020 年实现保有量 30000 万 m2，和现有保有量比，即有 25000 万 m2 的增长空间。 三.太阳能热泵地板辐射采暖系统设计要点 1.设计参数的确定 结合我国北方太阳能集热器的利用情况，并考虑地面辐射采暖的特点，我们设计供水温度定为 45，回水温度定为 30，室内采暖设计参数按照规范要求比常规采暖降低 2，此处取 16。 32.供暖热负荷的确定 太阳能热泵地板辐射采暖系统采暖负荷
5、的计算方法与普通采暖相同，主要包含围护结构耗热量、冷风渗透耗热量、冷风侵入耗热量以及太阳辐射进入室内的热量，此系统是以辐射采暖为主（占 60%以上） ，辅以对流传热。在设计确定采暖负荷时，可以依照规范要求取全面辐射采暖耗热量的 90%。 3.系统设计流量的确定 太阳能采暖系统的设计流量计算式为： G=3.6*g*A 式中 G 为太阳能集热系统的设计流量，m3/h；g 为太阳能集热器的单位面积流量，L/（h.m2）；A 为集热系统中的集热器总面积（m2） ；其中太阳能集热器的单位面积流量 g 与太阳能集热器的特性有关，一般根据太阳能集热器生产厂家给出的数值确定。 4.集热器集热面积的确定 由于该
6、系统以太阳热作为热泵的低位热源，热泵的蒸发温度较高，供热系统也高于其他热泵供暖系统，但是在一定的建筑物负荷下，若只是增加集热器面积会使集热器的工作温度升高，导致集热器的热损失增加，集热效率降低。因此合理确定集热器的总面积与系统的节能特性和经济性紧密相关。太阳能集热系统的集热器面积计算公式为： Ac=Qf/JTcd(1-L) 式中 AC 为太阳能集热系统所需集热器总面积，m2；Q 为建筑物的采暖日累计负荷，kJ/日； f 为太阳能保证率；JT 当地集热器采光面上的4采暖期平均日太阳辐照量，KJ/（m2.日） ；cd 为集热器全日集热效率，国标经验值取 0.450.60；L 为管路及贮水箱热损失率
7、，国标经验值取0.20.25。 四.太阳能集热器的结构特点 平板型太阳能热水系统的关键部件是平板集热器。平板集热器是太阳能光热转化装置，它决定了太阳能热水系统的产热量。平板集热器由多个部件组成，由外到里依次是压条、玻璃盖板、密封胶条、吸热板芯、保温材料、背板、边框和其它附件。压条和密封胶条用来封装玻璃盖板；玻璃盖板具有透光隔热功能，形成温室效应；吸热板芯是光热转化和热能传输的关键部件；保温材料用于阻止热量散失；背板、边框等其它附件构成集热器外壳，将集热空间封闭，防止散热，防止雨水渗入，对内部构件起到保护作用。 集热器的核心材料是涂有太阳能选择性吸收涂层的板芯。目前，市场上有多种平板集热器，各家
8、产品无论外形和颜色如何多样化，结构都大同小异，但选材用料各不相同。根据集热器板芯流道结构和吸收涂层分类，大概可以分为铜铝复合、阳极氧化涂层板芯，铜铜复合、化学镀黑铬板芯，还有铜铝或铜铜复合、喷涂吸热涂料板芯等，这三类板芯外观都是黑色，吸热体都是条带状，透过集热器玻璃可以看到流道主管（即集管）未被吸热板遮盖，减少了有效吸热面积。 近年来，一种新型平板太阳能集热器己投放市场。这种新型平板太阳能集热器所选玻璃是太阳能专用高透过率超白玻璃，密封胶条无缝连接，板芯吸热体是天蓝色的（蓝膜） ，吸热体是整张板而不是条带，集管5被吸热体覆盖，吸热体和流道的焊接采用激光焊接，正面几乎看不到焊接痕迹，板面平整美观
9、。 平板太阳能集热器的构造，平板太阳能集热器主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。当平板太阳能集热器工作时，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出。 五.平板太阳能集热器在太阳能热水系统中的应用 1.平板式阳台壁挂太阳能热水系统 自然循环，闭式，双回路系统，独特立式双腔夹层内胆，内置膨胀空间，结构简单，性能稳定，满足了高层建筑配套使用太阳能热水器的需求。 2.分体承压式太阳能热水系统 依据集热器的实测性能，设计与之相匹配的承压水箱，并通过实验对比，确定水箱容水量、介质容量、膨胀罐
10、的配比，组成一套稳定、安全、高效的承压式热水系统，适用于别墅、联排别墅及中小型的热水中心，提升太阳能热水器的产品档次。 3.一体式平板太阳能热水系统 研究开发新型独特卧式夹层结构水箱，增加内置膨胀空间，二次循环换热，增加有效换热面积，提高换热效率，将作为现有产品的良好替代品。 4.平板式大面积热水系统 6实现组装简单，模块化安装，自动化使用，达到全年安全稳定供应热水的功能。 六结束语 自然循环平板集热器结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强、吸热面积大等特点，最有利于实现太阳能系统与建筑相结合，广泛应用于太阳能与建筑一体化中，这将会成为未来太阳能热利用主要发展方向。 参考文献： 1郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册M.北京:化学工业出版社，2005. 2祖文超，戎卫国，李显英.太阳能供热采暖系统研究现状及思考J.制冷与空调，2010，24(02):78-81. 3赵利勇，胡明辅，杨贞妮.太阳能热利用技术与发展J.能源与环境，2007 4平板型太阳集热器技术条件(GBT6424) 5太阳能热水系统性能评定规范(GBT200952006) 作者简介：康延滨（1974-） ，男，山东省德州市，工程师，工程硕士，主要从事太阳能利用研究
