淺析華南學(xué)校太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理

摘要 本文分別對(duì)3種典型的華南地區(qū)學(xué)校太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理進(jìn)行具體的闡述，并對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。 　　前言 　　在太陽(yáng)能熱水工程應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)校的應(yīng)用較為普遍，而華南地區(qū)學(xué)校因其得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢(shì)和氣象條件，一直以來(lái)都是各太陽(yáng)能公司重點(diǎn)爭(zhēng)奪的細(xì)分市場(chǎng)。而太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行效果，因此，現(xiàn)對(duì)華南地區(qū)學(xué)校太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理做一詳細(xì)闡述。 　　1 單水箱系統(tǒng) 　　1.1 系統(tǒng)運(yùn)行原理圖 圖1 單水箱系統(tǒng)運(yùn)行原理 　　1.2 運(yùn)行原理說(shuō)明 　　1.2.1 集熱系統(tǒng)溫差循環(huán) 　　當(dāng)集熱器上循環(huán)末端出水口溫度T1和太陽(yáng)能水箱的溫度T2的溫差到達(dá)設(shè)定值時(shí)（如5℃），太陽(yáng)能循環(huán)泵啟動(dòng)，通過(guò)循環(huán)加熱太陽(yáng)能水箱內(nèi)的水，當(dāng)溫差低于設(shè)定溫度時(shí)（如2℃），太陽(yáng)能循環(huán)泵停止，集熱系統(tǒng)停止循環(huán)。 　　1.2.2 定時(shí)補(bǔ)水控制：在設(shè)定的時(shí)間段（可設(shè)定每天用水結(jié)束后）檢測(cè)水箱的水位S1，當(dāng)水箱S1中的水位未滿時(shí)，開(kāi)啟補(bǔ)水電磁閥，補(bǔ)水至水箱水滿時(shí)關(guān)閉補(bǔ)冷水電磁閥。 　　1.2.3 空氣源熱泵機(jī)組控制 　　輔助加熱1：在每天上午（如10：00）檢測(cè)水箱的水溫T3，如果水溫低于設(shè)定溫度20℃時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)啟空氣源熱泵機(jī)組，對(duì)水箱進(jìn)行加熱，加熱至設(shè)定溫度（如30℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱2：在每天中午（如12：00）檢測(cè)水箱的水溫T3，如果水溫低于設(shè)定溫度30℃時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)啟空氣源熱泵機(jī)組，對(duì)水箱進(jìn)行加熱，加熱至設(shè)定溫度（如35℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱3：在每天下午（如14：00）檢測(cè)水箱的水溫T3，如果水溫低于設(shè)定溫度35℃時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)啟空氣源熱泵機(jī)組，對(duì)水箱中的水進(jìn)行加熱，加熱至設(shè)定溫度（如45℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱4：在每天下午（如下午16：00）檢測(cè)水箱的水溫T3，如果水溫低于設(shè)定溫度45℃時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)啟空氣源熱泵機(jī)組，對(duì)水箱中的水進(jìn)行加熱，加熱至設(shè)定溫度（如50℃）時(shí)停止。 　　1.2.4 供、回水控制（在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動(dòng)蝶閥，受管網(wǎng)壓力、溫度、供水時(shí)間段控制，當(dāng)管網(wǎng)有用水并達(dá)到供熱水時(shí)間時(shí)，啟動(dòng)加壓泵供應(yīng)熱水。在管網(wǎng)末端設(shè)定溫度回水電磁閥，管網(wǎng)末端溫度低于40℃時(shí)電磁閥開(kāi)啟，高于45℃時(shí)回水電磁閥關(guān)閉。 　　1.3 系統(tǒng)運(yùn)行思考 　　對(duì)于單水箱系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，對(duì)降低工程造價(jià)有一定的幫助。但是集熱器和輔助能源對(duì)同一水箱中的水加熱，系統(tǒng)整體控制復(fù)雜程度增加，集熱器和輔助能源的工作的時(shí)間上存在著交叉，降低對(duì)集熱器利用率。例如當(dāng)供熱水箱水中的溫度達(dá)到45℃時(shí)，而集熱系統(tǒng)是靠溫差來(lái)循環(huán)的，只有溫差達(dá)到一定的范圍才能將集熱器中的熱水帶到水箱中，假設(shè)集熱器中的熱水已達(dá)到42℃，但溫差沒(méi)達(dá)到要求，那42℃的熱水就不能進(jìn)入到供熱水箱中，如果剛好此時(shí)供熱水箱在這一時(shí)段水位沒(méi)達(dá)到一定的水位，補(bǔ)水電磁閥又開(kāi)啟補(bǔ)充冷水到供熱水箱中，輔助能源這時(shí)啟動(dòng)消耗電能將水加熱，這樣就造成了能源的浪費(fèi)。 　　2 帶過(guò)渡泵的雙水箱系統(tǒng) 　　2.1 系統(tǒng)運(yùn)行原理圖 圖2 帶過(guò)渡泵的雙水箱系統(tǒng)運(yùn)行原理 　　2.2 運(yùn)行原理說(shuō)明 　　2.2.1 集熱系統(tǒng)分兩種模式運(yùn)行 　　1.當(dāng)過(guò)渡水箱滿水位時(shí)，為溫差強(qiáng)制循環(huán)模式 　　當(dāng)集熱器上循環(huán)末端出水口溫度T1和過(guò)渡水箱底部溫度T2的溫差（T1—T2）≥5℃（可調(diào)）時(shí)，太陽(yáng)能循環(huán)泵啟動(dòng)，通過(guò)循環(huán)加熱過(guò)渡水箱內(nèi)的水，當(dāng)溫差（T1－T2）≤2℃（可調(diào)）時(shí)，太陽(yáng)能循環(huán)泵停止。 　　2.當(dāng)過(guò)渡水箱未達(dá)到滿水位時(shí)，為定溫放水模式： 　　當(dāng)集熱器上循環(huán)末端出水溫度T1≥55℃時(shí)（可調(diào)），定溫補(bǔ)水泵啟動(dòng)，將集熱器中的高溫水頂入到過(guò)渡水箱中；當(dāng)T1≤45℃或過(guò)渡水箱滿水位時(shí)，定溫補(bǔ)水泵停止。 　　2.2.2 過(guò)渡泵控制： 　　當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到過(guò)渡水箱水溫T3≥50℃（可調(diào)）且供熱水水箱水位未滿水時(shí)，過(guò)渡泵啟動(dòng)，將過(guò)渡水箱中的熱水抽到供熱水水箱中；當(dāng)供熱水水箱滿水位或過(guò)渡水箱處于下限水位時(shí)，過(guò)渡泵停止。 　　2.2.3 空氣源熱泵機(jī)組控制及補(bǔ)水電磁閥控制 　　輔助加熱1：在每天上午（如10：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定30%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到30%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱2：在每天中午（如12：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定50%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到50%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱3：在每天下午（如15：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定75%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到75%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱4：在每天下午（如18：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定100%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到100%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　2.2.4 供、回水控制 　　在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動(dòng)蝶閥，受管網(wǎng)壓力、溫度、供水時(shí)間段控制，當(dāng)管網(wǎng)有用水并達(dá)到供熱水時(shí)間時(shí)，啟動(dòng)加壓泵供應(yīng)熱水。在管網(wǎng)末端設(shè)定溫度回水電磁閥，管網(wǎng)末端溫度低于40℃時(shí)電磁閥開(kāi)啟，高于45℃時(shí)回水電磁閥關(guān)閉。 　　2.3 系統(tǒng)運(yùn)行的思考 　　帶過(guò)渡泵的雙水箱系統(tǒng)相比單水箱系統(tǒng)，解決了集熱器和輔助能源工作上的交叉，有利于發(fā)揮各自的功能，輔助能源的控制也變得很簡(jiǎn)單，只受供熱水箱水溫控制。再者，系統(tǒng)在供水方式的形式上可根據(jù)學(xué)校的具體要求選擇定時(shí)供水或是全天候供水，主要?dú)w功于供熱水箱中的水溫波動(dòng)較小。 　　實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)由于供熱水箱中的的水位探頭位置沒(méi)有調(diào)節(jié)好，造成過(guò)渡泵不啟動(dòng)，過(guò)渡水箱中的熱水無(wú)法被輸送到供熱水水箱中，造成太陽(yáng)能資源的浪費(fèi)。 　　實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還有一種情況較常見(jiàn)，就是學(xué)校放假期間，學(xué)校用熱水量減少或幾乎不用水，而這期間，天面上的太陽(yáng)能系統(tǒng)還是在正常運(yùn)行的，這就帶來(lái)了過(guò)渡水箱中水溫過(guò)熱的的問(wèn)題。 　　定溫補(bǔ)水泵的選型也應(yīng)注意其揚(yáng)程及流量，應(yīng)避免其頻繁地啟動(dòng)，盡量讓其每一次運(yùn)行的時(shí)間稍長(zhǎng)點(diǎn)，形成冷水頂入集熱器時(shí)，在流動(dòng)的過(guò)程就可以緩緩升溫被加熱為熱水，所以定溫補(bǔ)水泵的流量可以適當(dāng)?shù)倪x小點(diǎn)。 　　3 無(wú)過(guò)渡泵的雙水箱系統(tǒng) 　　3.1系統(tǒng)運(yùn)行原理圖 圖3改進(jìn)后無(wú)過(guò)渡泵的雙水箱系統(tǒng)運(yùn)行原理圖 　　3.2運(yùn)行原理說(shuō)明 　　3.2.1 集熱器系統(tǒng)溫差循環(huán) 　　當(dāng)集熱器上循環(huán)末端出水口溫度T1和過(guò)渡水箱底部溫度T2的溫差（T1－T2）≥5℃（可調(diào)）時(shí)，太陽(yáng)能循環(huán)泵啟動(dòng)，通過(guò)循環(huán)加熱過(guò)渡水箱內(nèi)的水，當(dāng)溫差（T1－T2）≤2℃（可調(diào)）時(shí)，太陽(yáng)能循環(huán)泵停止。 　　3.2.2 定溫頂水控制  　　當(dāng)過(guò)渡水箱平均水溫T3≥55℃時(shí)（可調(diào)），補(bǔ)水電磁閥開(kāi)啟，將過(guò)渡水箱中的熱水頂入到供熱水水箱中，直至T3≤40℃時(shí)（可調(diào)）或供熱水水箱滿水位時(shí)，補(bǔ)水電磁閥關(guān)閉。 　　3.2.3 空氣源熱泵機(jī)組控制及補(bǔ)水控制： 　　輔助加熱1：在每天上午（如10：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定30%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到30%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱2：在每天中午（如12：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定50%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到50%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱3：在每天下午（如15：00）檢測(cè)供熱水箱的水位S2，如果水位低于設(shè)定75%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到75%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱中的水加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　輔助加熱4：在每天下午（如18：00）檢測(cè)供熱水箱中的水位S2，如果水位低于設(shè)定100%時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥M1進(jìn)行補(bǔ)水，直至水位達(dá)到100%為止，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，對(duì)供熱水箱加熱，加熱至設(shè)定溫度T4（如50℃）時(shí)停止。 　　3.2.4 供、回水控制 　　在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動(dòng)蝶閥，受管網(wǎng)壓力、溫度、供水時(shí)間段控制，當(dāng)管網(wǎng)有用水并達(dá)到供熱水時(shí)間時(shí)，啟動(dòng)加壓泵供應(yīng)熱水。在管網(wǎng)末端設(shè)定溫度回水電磁閥，管網(wǎng)末端溫度低于40℃時(shí)電磁閥開(kāi)啟，高于45℃時(shí)回水電磁閥關(guān)閉。 　　3.3 對(duì)系統(tǒng)的思考 　　無(wú)過(guò)渡泵的雙水箱系統(tǒng)是總結(jié)了前面兩個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)出來(lái)的，以雙水箱之間高位連通管來(lái)代替過(guò)渡泵，從而降低了系統(tǒng)控制的復(fù)雜性。 　　設(shè)計(jì)時(shí)必須合理的分配雙水箱容積的比例，以及確定高位連通管的開(kāi)孔位置，高位連通管的管徑也盡量選大點(diǎn)，增加其過(guò)流能力，大致是比補(bǔ)冷水管管徑大上兩個(gè)規(guī)格。