太阳能与锅炉结合使用的热水及供暖系统

太阳能与锅炉结合使用的热水及供暖系统

一、 太阳及太阳能

1.1 太阳能

作为清洁的可持续利用且用之不尽的能源，太阳能的重要性越来越得到了广泛的认识。

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，如图1所示， 4个氢原子在核聚变为一个氦原子时释放出巨大的能量。这个能量通过辐射的形式到达地球， 其每秒钟照射到地球上的能量相当于燃烧500万吨煤。在进入地球大气层前太阳辐射能量大约为1350w/m 2，经过大气层过滤后达到地球表面其能量

减低，在晴天时约1000w/m 2

，阴天时约100-150w/m 2。

图1 太阳内部的核聚变图示

1.2 日照热量的分布

年均日照热量指一年时间内每个朝南的单位面积所能够收集到的热量，了解这个数据有助于对太阳能光热系统的实施进行准确的预算评估。图2表明了欧 洲的年均日照分布情况，此数据不仅与经纬度有关，还同时考虑到了朝向、表面的倾斜度等因素。

4个氢原子 1个氦原子 能量

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图2 欧洲年均日照分布情况

1.3被动及主动利用太阳能光热的方式

人类利用太阳能光热分为被动及主动两种方式:被动方式指不需要借助其它能源就可获得太阳能的方式，如温室、农作物干燥等，见图3 a。 主动方式指需要通过其它能源，制造相应的设备将太阳能转换为热能的方式,见图3 b。

图3a 太阳能被动利用方式 图3b 太阳能主动利用方式

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二、太阳能集热板的种类及用途

2.1 无遮板液体式集热板

由塑料集热管构成。由于无遮盖，其加热水温只到40℃—45℃。因此它主要用于加热泳池。

它最大的优势为造价低。但由于其材质和加工工艺的原因，其使用寿命短。 见图4

图4 无遮板式液体集热板 图5平板镜面式液体集热板

2.2 平板镜面液体式集热板

它由以下几部分构成： ——金属集热器（铜、铝或钢），此集热器与通水的管道为一体。

——玻璃或塑料材质的反光板，对于阳光有极强的吸收性，同时对于集热板内部

吸收热源的反射有极强的不透光性。

——隔热板：在集热板后面用于防止热量损失。 ——箱体：以上元件的外壳，起到保温的作用。

这种集热板能产生90℃—95℃的热水，但在水温超过65℃—70℃后其热效率降低。

它们的安装使用较简便，费用也适中，因此较多地使用于民用建筑。 对于小型家用热水系统，它们还可与水箱配备为一体。 见图5

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2.3 真空管液体式集热板

集热板由真空的玻璃管组成，其内部装有集热条。

这类集热板的技术较为成熟。能有效防止集热板本身的散热，同时保证较高的热效率，这非常适合于较为寒冷的区域。

真空管的集热板能产生115℃——120℃的热水。因此不仅适合于民用生活热水，还可用于采暖，制冷等。

其造价也较为昂贵。 见图6

图6 玻璃真空管式液体集热板 图7 箱式空气集热板

2.4 箱体空气式集热板

它的表面为透明的集热板（玻璃或塑料），四周底部为隔热材料。 集热器为普通的金属板（铜或钢），在其上下部为空气滚动而非水。

这类集热板的热效率低，因为空气作为传递和换热的热媒是不理想的。但是其造价低，重量小的特点是其相对的优势，而且不用考虑防冻的问题。其主要用于农业加热和干燥农作物。

见图7

三、 太阳能的热能储存方式

太阳能并不是随时可取。因此，需要通过储存的方式将其热量收集起来连续使用。储存的方式有多种，我们在本章节里只讨论运用于热水系统的水热储存方式。

3.1 被动储热方式

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太阳能集热板收集到的热量加热内部的水，水加热后上升形成自然的循环因此加热储水水箱，图8a 是夹套式水箱，即太阳能集热系统的水不与水箱内的水接触，而是在水箱外侧循环加热；而图8b 集热系统的水与水箱为一体，这种与集热板分离的水箱在安装时更美观，不影响屋顶的外观。

被动储热水箱又分为开放式和承压式：开放式水箱由于其用水压力为安装位置的高度静压，因此往往偏低，影响用户的用水舒适度；承压式水箱的出水压力为冷水进水压力，更能满足用户用水的需求。接下来我们将只讨论承压式储水水箱。

图8a 夹套式热水水箱 图8b 隐藏式热水水箱

3.2 主动储热方式

¾ 夹套式储热水箱：水箱外侧为集热系统的循环热水，主要用于小型系统。

见图9

图9 夹套式储热水箱 图10 单盘管式储热水箱

¾ 单盘管式储热水箱：水箱内置的换热盘管将集热系统的热能转换到水箱

内，它主要用于小型系统。见图10

¾ 双盘管式储热水箱：水箱下部的换热盘管连接太阳能集热系统，上部的

盘管连接锅炉系统，这种通过另外的热源盘管换热方式可以实现水箱的

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热水随时性，它主要用于大中型系统。见图11

图11双盘管式储热水箱 图12 子母型储热水箱

¾ 子母型储热水箱：由一个内置水箱构成，又称为“子母箱”。它大多用于

“混合型”系统，即同时提供生活热水和采暖的系统。

外面的大水箱储存的热水用于采暖，而内置的小水箱则用于生活热水。 子母箱非常适合于混合型系统，因为它能直接与以下系统连接。 ——太阳能集热板系统 ——锅炉热源系统 ——采暖系统 ——热水系统

这类水箱大多运用于中小型系统。见图12

四、太阳能集热系统的调节

太阳能集热系统，又称为一次系统，它的调节核心为温差型热力调节，其主要构成元件为：

——调节器：用于设定所需要的温差值△t，根据温度传感反馈的信号启停被控元件如水泵，阀门等。

——两个温度传感器：用于传递集热板和储热水箱的温度。

当太阳能集热板与储热水箱的温差超过设定值时，太阳能一次系统的循环泵启动；反之，循环泵停止。

4.1温差型热力调节方式

当感温器1和2之间的温差超过设定值时，调节器给予水泵启动提示；反之水泵停止工作。见图

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