太陽能熱水系統(tǒng)輔助能源綜述

1太陽能熱水系統(tǒng)常用輔助能源的種類和效率 　　隨著人們生活水平的提高和社會(huì)進(jìn)步，人們已經(jīng)不再滿足只有晴好天氣才使用太陽能熱水系統(tǒng)的生活方式，而是要求太陽能熱水系統(tǒng)能夠24小時(shí)全天提供生活熱水，因此我們需要為太陽能熱水系統(tǒng)配備輔助能源。 　　1.1太陽能熱水系統(tǒng)的輔助加熱裝置 　　理論上講只要能產(chǎn)生熱值，能加熱水的設(shè)備都可以用作太陽能熱水系統(tǒng)的輔助加熱裝置或稱為輔助能源，根據(jù)發(fā)熱源種類，輔助能源可以分為： 　　1.電加熱：電熱水器、電磁感應(yīng)加熱器； 　　2.氣類加熱裝：燃?xì)鉄崴?/strong>、采暖熱水兩用燃?xì)鉅t、燃?xì)忮仩t； 　　3.電驅(qū)動(dòng)型加熱裝置：空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵等； 　　4.化石能源類加熱裝置：燃煤鍋爐、燃油鍋爐； 　　5. 生物質(zhì)鍋爐。 　　1.2各種燃料的發(fā)熱量和燃燒裝置的效率 　　目前常用燃料的燃燒值及標(biāo)準(zhǔn)煤折算值如表1所示。 　　常見加熱裝置的效率見表2。 　　根據(jù)表1和表2，得出只考慮運(yùn)行費(fèi)用，不考慮初始投資費(fèi)用的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用空氣源熱泵和燃?xì)鉄崴鳌? 　　2太陽能熱水系統(tǒng)與輔助能源的結(jié)合方式及優(yōu)缺點(diǎn)比較 　　圖1所示輔助能源為太陽能水箱加熱。采用圖1 所示的加熱方式，在供應(yīng)熱水時(shí)輔助加熱裝置不工作，其功率相對(duì)小，比較適合定時(shí)供熱水的太陽能系統(tǒng)。圖2所示太陽能熱水作為預(yù)熱水通過輔助加熱裝置后供熱水。采用圖2所示的加熱方式，在供熱水時(shí)輔助加熱裝置啟動(dòng)，其他時(shí)間不啟動(dòng)，根據(jù)太陽能水箱中水的溫度不同其燃燒器的功率不同，對(duì)輔助加熱裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)功能要求很高。 　　輔助加熱裝置為太陽能水箱加熱時(shí)采用內(nèi)置式加熱方式、外置式加熱方式，尤其使用電加熱器時(shí)當(dāng)輔助加熱系統(tǒng)功率小于30kW時(shí)優(yōu)先采用內(nèi)置式電加熱器。外置式加熱裝置與儲(chǔ)熱水箱的結(jié)合方式如圖3所示；通過水箱內(nèi)置盤管換熱器的換熱方式如圖4所示和通過外置板式換熱器的換熱方式如圖5所示。 　　直接加熱方式：水箱和加熱系統(tǒng)只需要一個(gè)小功率低揚(yáng)程循環(huán)泵即可，輔助能源系統(tǒng)本身不需要水箱，只要把兩者連接起來實(shí)現(xiàn)同步控制；缺點(diǎn)是由于輔助加熱裝置直接給水箱中的水加熱，加熱裝置容易結(jié)水垢，影響輔助加熱裝置的效率和壽命。 　　水箱內(nèi)置盤管換熱器需要小功率大揚(yáng)程的循環(huán)泵。輔助加熱裝置需要補(bǔ)水裝置和膨脹裝置，由于輔助加熱裝置中的水基本不消耗，為提高輔助加熱裝置的壽命使用軟化水。其優(yōu)點(diǎn)是輔助能源和被加熱水隔離，不會(huì)造成水質(zhì)污染，缺點(diǎn)是由于盤管換熱器在水箱內(nèi)部，當(dāng)水質(zhì)硬度較大時(shí)容易在盤管外表面形成水垢，影響換熱效率，且維修困難，當(dāng)水垢嚴(yán)重時(shí)還容易造成加熱裝置過熱，換熱器效率較低。 　　外置板式換熱器加熱方式：水箱結(jié)構(gòu)簡單只需預(yù)留出水口和回水口。系統(tǒng)需要兩個(gè)循環(huán)水泵。輔助加熱裝置需要補(bǔ)水裝置和膨脹裝置，由于輔助加熱裝置中的水基本不消耗，為提高輔助加熱裝置的壽命可以使用軟化水。其優(yōu)點(diǎn)是換熱效率高、輔助能源和被加熱水隔離，不會(huì)造成水質(zhì)污染，同時(shí)由于板式換熱器在水箱外部，維修更換和清除水垢都比較容易。缺點(diǎn)是增加水泵和外置板式換熱器占用空間。 　　3輔助能源設(shè)計(jì)計(jì)算 　　3.1輔助能源加熱設(shè)備功率的計(jì)算 　　設(shè)計(jì)太陽能輔助能源加熱系統(tǒng)的原則是：在陰天、雨天、雪天，沒有太陽輻照時(shí)，生產(chǎn)熱水需要的所有能量都由輔助能源系統(tǒng)提供。因此輔助能源的總能量＞太陽能熱水系統(tǒng)的總能量，輔助能源系統(tǒng)一天工作多少時(shí)間，怎樣工作是決定太陽能熱水系統(tǒng)輔助能源功率的關(guān)鍵因素，對(duì)于不同使用情況要分別設(shè)計(jì)輔助能源功率。根據(jù)能量守恒定律我們可以得到輔助能源系統(tǒng)加熱公式： 　　1.白天定時(shí)使用熱水系統(tǒng)輔助能源的功率計(jì)算原則對(duì)于定時(shí)用水的用戶，一般考慮在其使用熱水前2h～4h啟動(dòng)輔助能源系統(tǒng)，這時(shí)式（2）中的m 為全天需要熱水的質(zhì)量，T為實(shí)際加熱時(shí)間，Δt一般取30℃。 　　2.白天連續(xù)使用熱水系統(tǒng)輔助能源的功率計(jì)算原則 　　對(duì)于白天連續(xù)使用熱水的用戶，輔助加熱系統(tǒng)基本連續(xù)工作，保證輔助加熱系統(tǒng)的功率能滿足最大用水高峰時(shí)的用水需求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該分析用戶使用情況，根據(jù)用水習(xí)慣列出每小時(shí)用水量，找出最大用水量，根據(jù)最大用水量選擇輔助能源功率。 　　這時(shí)式（2）中的m為最大峰值用水量，T取1h，Δt取30℃。 　　3. 24小時(shí)連續(xù)供熱水的太陽能輔助能源功率計(jì)算原則 　　24小時(shí)連續(xù)供熱水也要分析最大用水量。由于太陽能熱水系統(tǒng)有比較大的儲(chǔ)熱水箱，在設(shè)計(jì)連續(xù)供水系統(tǒng)時(shí)要考慮輔助能源設(shè)備的間歇時(shí)間，如果用電能，而又實(shí)行了峰谷電價(jià)的地區(qū)，應(yīng)考慮適當(dāng)增加輔助能源的功率，以便最大限度地利用低谷電。 　　3.2輔助加熱裝置的控制邏輯 為最大限度利用太陽能系統(tǒng)，當(dāng)太陽能加熱系統(tǒng)不能保證熱水供應(yīng)時(shí)才啟動(dòng)輔助能源，因此為水箱內(nèi)的水加熱時(shí)，輔助能源和向水箱加水方式的控制邏輯是影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。正確的控制邏輯是以溫度為主控參數(shù)的水量（水位）控制邏輯。其運(yùn)行時(shí)序是當(dāng)水箱水位低于最低水位時(shí)同時(shí)啟動(dòng)輔助能源和加冷水功能；當(dāng)水箱溫度比設(shè)定溫度低5℃時(shí)暫停加冷水功能，保持輔助能源啟動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)水箱內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)再恢復(fù)加水功能，如此往復(fù)，直到水位達(dá)到預(yù)定水位后停止輔助能源和加水功能。 　　3.3輔助能源加熱注意事項(xiàng) 　　由于個(gè)別太陽能系統(tǒng)使用輔助能源是電加熱型或電驅(qū)動(dòng)型，有些控制系統(tǒng)為使用低谷電可以降低成本，就在低谷供電時(shí)段啟動(dòng)輔助加熱裝置生產(chǎn)熱水（尤其既有低谷供電時(shí)段又有空氣源熱泵的系統(tǒng)）。其實(shí)這是一種浪費(fèi)現(xiàn)象，沒有充分利用太陽能，正確的控制邏輯是：無論什么時(shí)候，只要不是純粹由太陽能來產(chǎn)生熱水，太陽能儲(chǔ)熱水箱內(nèi)只儲(chǔ)存可以滿足最大峰值用水量的熱水。（北京海林太陽能設(shè)備有限公司副總經(jīng)理竇建清）