分析最大化利用太陽能熱水系統(tǒng)

陜西力拓新能源工程設(shè)備有限公司/栗彥軍

　　晴天時，太陽能把集熱器內(nèi)的冷水加熱，形成自然循環(huán)，整箱的冷水被慢慢的循環(huán)加熱，水溫逐漸升高，水溫從20℃慢慢上升，一般情況下，在早晨、上午水溫不夠熱，晚上用熱水時，冷水同時會自動進(jìn)入水箱底部，也就是說一邊用熱水一邊進(jìn)冷水，冷熱水在同一個水箱內(nèi)，冷熱水交界面會相互傳熱混合，導(dǎo)致水溫逐漸下降，開始用水時很熱，后來逐漸變冷，最后導(dǎo)致20%的熱水變成溫水，造成浪費(fèi)。若當(dāng)天晚上剩余半箱熱水，則水箱底部就會有半箱的冷水，第二天早上形成一箱的溫水，導(dǎo)致無法使用。

　　下雨天時，由于沒有太陽，水箱里的水是冷的，到下午3點(diǎn)，電（燃油爐）輔助加熱系統(tǒng)會自動啟動，把整箱冷水加熱至50℃，若當(dāng)天熱水用不完，就會浪費(fèi)電（油）。

　　綜合以上分析，傳統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)有以下四個主要缺點(diǎn)：

　　（1）利用太陽能把整箱水循環(huán)加熱，升溫緩慢，早晨及上午水不夠熱，無法提供熱水；

　?。?）用浮球閥控制水位，用熱水時，水箱一邊出熱水，一邊進(jìn)冷水，冷熱水相混合，水溫逐漸變冷；

　　（3）熱水不夠用時，無法再提供熱水；

　?。?）下雨天，用電把整箱水加熱，用不完時造成浪費(fèi)。

　　所以傳統(tǒng)的太陽能熱水系統(tǒng)真正用太陽能產(chǎn)的熱水很少。

　　下文將介紹一套在各種天氣情況下最大化利用太陽能，最少利用輔助能源而能給用戶滿足全天候用熱水要求的系統(tǒng)。

　　技術(shù)方案

　　為實(shí)現(xiàn)最大化利用太陽能，系統(tǒng)為集中集熱集中供熱水系統(tǒng)，由太陽能集熱器、保溫水箱、空氣源熱泵輔助加熱裝置、水泵及管路系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖1所示。

　　晴天時，當(dāng)太陽能把集熱器內(nèi)的冷水加熱至55℃時（該溫度可調(diào)），冷水管上的電磁閥門自動打開，冷水被自來水壓力壓入集熱器內(nèi)，集熱器內(nèi)的熱水被擠出，然后進(jìn)入到保溫水箱中儲存待用。當(dāng)冷水到達(dá)集熱器出口處的溫度探頭時，探頭溫度低于55℃，電磁閥門就立刻關(guān)閉，冷水停留在集熱器內(nèi)繼續(xù)被太陽能加熱，2~5分鐘后，水溫達(dá)到55℃時，電磁閥門再次打開，集熱器內(nèi)的熱水被擠到保溫水箱中，按此規(guī)律，一次又一次的產(chǎn)生熱水進(jìn)入水箱，水箱內(nèi)熱水逐漸增加，一直增加到水箱水滿為止。如果還有太陽，為了充分利用太陽能，循環(huán)泵會自動啟動，把水箱內(nèi)55℃的熱水抽出來，經(jīng)過太陽能集熱器循環(huán)加熱，使水溫進(jìn)一步升高至60~70℃，當(dāng)水溫達(dá)到70℃時停止循環(huán)加熱，限制水溫不要超過70℃，以免燙傷人，同時防止結(jié)水垢（產(chǎn)生水垢的溫度條件是水溫超過80℃）。

　　熱泵加熱系統(tǒng)只有在太陽能光照不足時才啟動，為最大限度地利用太陽能，減少電能的消耗，系統(tǒng)設(shè)定3個時間段檢測保溫水箱的水位。在上午10：30~11：30，如果保溫水箱內(nèi)熱水水位還不到40%的位置，則自動啟動熱泵加熱系統(tǒng)，往保溫水箱補(bǔ)充50℃的熱水，如果水位達(dá)到設(shè)定值，則熱泵系統(tǒng)停止工作。同樣，在中午12：30~1：30，系統(tǒng)自動檢測保溫水箱70%的水位，在下午3：30~6：30，系統(tǒng)自動檢測保溫水箱100%的水位。從以上看出，系統(tǒng)在3個設(shè)定的時間段（可按需要設(shè)定多個時間段）會自動探測保溫水箱的水位，如果水位不夠，啟動熱泵加熱（表明此時太陽光照不足或是陰雨天），反之就一直用太陽能加熱（晴天），而不會啟動熱泵，使最大限度地優(yōu)先使用太陽能。管道設(shè)有回水裝置，當(dāng)管道溫度低于30℃時，智能控制系統(tǒng)發(fā)出指令打開電磁閥3，在供熱水變頻泵的作用下將熱水充滿管道，等管道溫度T3達(dá)到50℃時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令電磁閥3關(guān)閉，保證用戶即開即用熱水。

　　晚上用熱水時，熱水水位逐漸下降，冷水不會進(jìn)入水箱，水溫是恒溫的，按照設(shè)計足夠的熱水，晚上不再啟動熱泵加熱，當(dāng)水位降至最低水位時，熱泵系統(tǒng)自動啟動，往保溫水箱補(bǔ)充少量熱水，保證一直有熱水用，根據(jù)需要加熱熱水，水位會一直維持在最低水位狀態(tài)，此種控制方法節(jié)約電費(fèi)。

　　結(jié)語

　　太陽能熱水項目利用太陽能集熱器獲得熱能，是太陽能利用中最成熟，性價比最好的技術(shù)。該系統(tǒng)適用于集中供熱水，系統(tǒng)自動檢測保溫水箱水位，可達(dá)到最大限度的優(yōu)先使用太陽能，避免了傳統(tǒng)太陽能水不夠用時無法在提供熱水和晚上及陰雨天把整箱水加熱造成浪費(fèi)的缺點(diǎn)。所以投資太陽能熱水系統(tǒng)無論從環(huán)境上，還是從經(jīng)濟(jì)分析上都是切實(shí)可行和必需實(shí)施。