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太阳能中央热水系统的工作原理是什么

朱凯 | 被浏览374次 1年以前 |

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3条回答

  • 99小小毛 2015-12-24 15:56

    筒单说,就是隔着双层玻璃管之间的真空把水晒热。
    大家知道,在冬天不可能把一盆冷水晒到烫手的程度,这是因为盆里的水晒得稍有热,就立刻
    会散发到寒冷的环境中,所以总也晒不热。要想把水晒得足够热,就必须设法阻止晒热的水向
    外散热。于是有人设计出一种双层玻璃管,双层玻璃管之间的空隙抽成真空形成真空管,这样
    阳光可以透过真空晒热真空管内的水,而真空管内晒热的水却无法透过真空向外散热。真空管
    内不断地吸收太阳能加热而无处散热,其温度必然会不断上升。
    真空管里的水被晒热后会因热胀而减轻比重,继而上浮到真空管顶端的水箱中;原水箱中相对
    较凉的水,会因为比重较大而下沉到真空管。如此不断的热水上升冷水下沉,最终把太阳能水
    箱里的自来水全部加热。

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  • YR依然 2015-12-24 20:49

      太阳能与太阳能辅助加热空气源热泵结合作为中央热水系统的热源,其目的在于取长补短,使二者互为补充,互为备用,在日照充足时优先使用太阳能加热热水,利用太阳能集热器产生的低温热水作为太阳能辅助加热空气源热泵的辅助热源,从而改善热泵的运行工况,提高其制热性能。这种组合形式,使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作,保证系统全年全天候的卫生热水供应。空气源热泵制热过程本质上是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用,根据热泵的工作特性,在整个热水系统的运行过程中,热泵机组作为辅助热源运行所供应的热量中,只有一小部分来自电能,所以太阳能—热泵中央热水系统大大提高了太阳能利用率,减少了对一次能源的消耗。

      太阳能—热泵中央热水系统的运行主要有以下四种工况:

      (1)太阳能加热生活热水

      在大部分日照良好的晴天,系统按此工况工作,此时太阳能循环泵的工作由系统控制器根据太阳能集热器和热水箱的温度进行控制,源源不断的利用集热器采集的热量通过中间换热器输送到热水箱。

      (2)太阳能辅助热泵机组加热生活热水

      当阴天或多云天气,当太阳能集热温度低于热水箱水温不足以直接加热生活热水时,热泵机组启动,利用空气作为热源加热热水箱内生活热水。在秋冬季节,当环境温度低于热泵的经济运行温度时,热泵机组的制热效率下降并且蒸发器表面结霜,此时,热泵辅助加热循环启动,高于环境温度的低温太阳能热水进入热泵机组辅助换热器内,预热通过的空气,使热泵效率提高,并切具有防止蒸发器结霜的作用,可以节约热泵机组的耗电量。

      (3)太阳能和热泵机组同时加热生活热水

      在晴天日照良好时,如果热水系统的耗热量大于太阳能集热系统的有效供热量或太阳能集热器的数量较少,不能满足热水系统的用热需求,则太阳能和热泵机组同时工作向热水系统供热。

      (4)热泵机组直接加热生活热水

      在连续的雨雪天气,热水系统所需热量完全由空气源热泵机组提供。此时,太阳能系统处于待机状态,热泵机组单独工作对热水箱加热。

      (一)、太阳能热水器:

      太阳能中央热水系统一般由进补冷水系统、太阳能集热系统、辅助加热系统及供热水系统组成。其中太阳能主体系统主要包括太阳能集热器、保温水箱及循环系统。当太阳能中央热水系统的储热水箱 ( 槽 ) 为开式通大气设计时,对应的热水系统称之为通大气常压太阳能中央热水系统。通大气常压中央热水系统一般安装在屋面 ( 可节省室内空间 ) ,其供热水一般采用落水式重力给水,如需顾及较高楼层的用水压力不足问题,一般需采用加压供热水系统。而当太阳能中央热水系统的储热水箱 ( 槽 ) 为闭式承压设计时,对应的热水系统称之为闭式承压太阳能中央热水系统。

      1、自然循环集热系统

      工作原理:冷水经进补冷水系统补进储热水箱,达到设定水位后,补冷水系统停止工作。储热水箱中低温水经下循环管进入太阳能集热器阵,在其内受太阳能幅射加热水温升高,热水较冷水比重小,由此形成热虹吸压力,由集热器下端流向上端,热水经上循环管回到储热水箱,水箱中低温水比重大,再次经下循环管进入集热器继续受太阳能辐射加热。如此循环使水温不断升高。该循环方式不需借助外力,称之为自然循环集热系统,该系统要求集热水箱底部高出集热器上部 200mm 以上,一般适合集热器阵 50 m 2 以下热水系统。

      2、强制循环集热系统

      工作原理:冷水经进补冷水系统进入储热水箱,达到设定水位后,补冷水系统停止工作。储热水箱中低温水通过强制循环水泵补入集热器阵,受太阳能辐射加热水温升高,当集热器上循环管内水温与储热水箱底部水温之温差达到设定值时,启动强制循环泵,将水箱中低温水送到集热器阵,同时将集热器阵中热水送回储热水箱,当上述温差等于和低于设定值时,强制循环泵停止工作。低温水在集热器中继续受太阳能辐射加热。如此循环,使储热水箱中水温不断升高。该循环系统称之为强制循环系统。强制循环集热系统水箱位置不受限制,可安装在集热器阵以外的任何位置,一般集热器在 50 m2 以上宜采用强制循环集热系统。

      3、定温放水集热系统

      工作原理:冷水经进补冷水系统进入集热器阵,冷水在集热器中受太阳能辐射加热,水温逐渐升高,当集热器阵产出的热水水温达到设定温度时,启动补冷水系统,进补冷水,同时将集热器阵中达到设定温度的热水顶入储热水箱中,当集热器阵内水温低于设定水温,停止补冷水,储存在集热器内的水继续受太阳能辐射加热,如此,不断定温放水,当储热水箱中水位达到设定水位,补冷水系统停止工作。该循环系统称之为定温放水集热系统。定温放水集热系统水箱位置不受限制,可安装在集热器阵以外的任何位置。

      热泵热水器是一种新型高效率节能热水器,其工作原理与空调器相似,是根据逆卡诺循环原理,采用少量的电能驱动压缩机运行,高压的液态工质经过膨胀阀后在蒸发器内蒸发为气态,并大量吸收空气中的热能,气态的工质被压缩机压缩成为高温、高压的液态,然后进入冷凝器放热,把水加热,如此不断地循环加热,可以把水加热至50℃-65℃。在着过程中,消耗了一份的能量(电能),同时从环境空气中吸收转移了四份的能量(热量)到水中,相对于电热水器而言,节约了四分之三的电能。

      热泵的节能效率用能效比数值的高低来衡量。热泵输出热量的功率与输入电能的功率的比值称为能效比,简称 COP 值。 COP 值是可变量,与热泵性能有关,也与环境温度、湿度、水的初始温度、终了温度有直接关系。因此,热泵热水系统的设计应充分考虑与 COP 值有关的因素,让热泵尽量高效率地运行。

      能效比曲线图(1)

      能效比曲线图(2)

      空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低品位能源,利用热泵循环提高其能源品位,因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术,具有实用价值。空气能热泵热水器(空气源热泵热水器)加热时间短,水电完全分离,无触电危险;无废烟、废气排出,因而无中毒危险;同时也克服了太阳能热水器阴雨天不能工作的缺点。

      空气能热泵热水器(空气源热泵热水器)的初期投资是煤气、天然气、电热水器的三至五倍,但其日常运行成本较低。专家测算,要让120升水从15℃上升到55℃,煤气热水器所需的运行费用为1.74元,天然气热水器为1.26元,电热水器为3.60元,太阳能热水器为1.48元,而空气能热泵热水器(空气源热泵热水器)约为0.95元。

      太阳能(分全玻璃真空管、平板型、热管式真空管等),

      一、平板型太阳能集热器

      平板型集热器具有高吸收率和低发射率;铝质压花漫反射板,表面经氧化处理,可有效提高热效率;

      1.平板型太阳能集热器是金属管板式结构,热效率高,产热水量大,可承压,耐空晒,水在铜管内加热,质量稳定可靠,免维护, 15年寿命。

      2.无抗冻能力,适合于广东、福建、云南、广西、海南等冬天不结冰地区使用,性价比高。

      3.规格:1×2平方米,无云晴天产55℃热水量:75-140kg/平方米。

      4.高吸收率:αs≥92%,低发射率:εh≤10%,日平均热效率ηd≥55%。

      二、全玻璃真空管太阳能集热器:

      1.全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力,适合在冬天气温为0℃至-20℃的地区使用。

      2.不承压,使用时不能缺水空晒,否则易爆裂玻璃管。

      3.规格:有多种规格可供选择,无云晴天产55℃热水量:70-130kg/平方米。

      4.高吸收率:αs≥90%,低发射率:εh≤8%,日平均热效率ηd≥50%。

      真空管吸热-微循环-保温水箱-测控制系统-用户。

      真空管式太阳能热水器,利用真空管集热,最大限度的实现光热转换,经微循环把热水传送到保温水箱里,通过专用管路至用户。控制系统把自来水通过控制阀,控制仪等送至太阳能以达到自动化控制。辅助电加热安置在水箱里,已备阴、雨、雪天使用,节电90%。并自动化运行。

      目前集热效果的最好的是AL---N/AL真空溅射选择性镀膜,本产品采用1.2、1.5m利用该涂层的玻璃真空管,其吸收率 ≥0.93红外发射率ε≤0.6,平均热损Uct0.9W/㎡℃真空度P≤5×10ˉ3pa采用性能相当于美国的高硼硅3.3特硬玻璃制造。

      三、真空热管太阳能集热器:

      1.真空热管太阳能集热器有很强的抗冻能力,适合在冬天气温为0℃至-40℃的地区使用。

      2.可承压,耐空晒,不易爆管。

      3.热容量小,启动快,可用于产高温热水、开水。

      4.规格:有多种规格可供选择,无云晴天产55℃热水量:70-130kg/平方米。

      5.高吸收率:αs≥90%,低发射率:εh≤8%,日平均热效率ηd≥50%。

      热管承压式太阳能热水器工作原理:真空管吸热-热管传导热-保温水箱-控制系统-用户。(价格较高)热管承压式太阳能热水器,利用真空管集热,内置¤ 型翅片,把高温环境中的热量传给热管、热管迅速将热量传入水箱,特别在多云,辐射强度低的情况下,启动传热快。经连续测试,热管式太阳能热水器,日平均热效率高达56%。

      传热元件-热管技术参数规格:φ8×1520

      ⑴.国内热管生产厂很多,我们对国内所有热管进行检测,按GB/T14812-1993、GB/14813---1993对热管性能和热管寿命进行实验检测,大多有机热管在一、两年后,传热效率明显下降,最后选定无机分子热管(美国-MACBLE公司专利技术),通过美国思坦福研究院(SRI)长期系统测试,证明其具有卓越的传热性能。传热不需工质相变,靠分子热运动、传热快、传热效率高。

      ⑵.承压能力高

      热管式太阳能热水器水箱,采用2MM厚钢板,弧型封头,CO 2自动焊接,承压能力0.6MPa,密封工作压力高达1.2Mpa。选用国际先进化学镀镍技术,表面喷涂达到国际先进水平。集热器可承受自来水的压力(试验压力最高可达1.2MPa)。尺寸符合TB311-74规定,  ⑶.抗冻、承载能力强

      热管式太阳能热水器采用热管传热技术,集热管内无水,不会因高寒地区气温过低而冻破集热管,从而影响使用。而且因管中无水,若一支热管破损,不会影响整机工作,这样热水器使用范围更广。支架材料全部采用不锈钢(SUS304),外观美观、强度高、整体采用螺栓连接,支架、整机刚性强而且利于运输安装,抗腐能力强。

      空气能热泵热水器(空气源热泵热水器)中的热泵能把空气中的低温热能吸收进来,经过压缩机压缩后转化为高温热能,加热水温。这种热水器(空气源热泵热水器)具有高效节能的特点,其耗电量是同等容量电热水器的1/4,是燃气热水器的1/3。

      热泵热水器(分空气源、水源,地源等)。空气源热泵是当今世界上最先进的能源利用产品之一。随着经济的快速发展与人们生活品位的提高,生活用热水已成为人们的生活必需品,然而传统的热水器(电热水器,燃油、气热水器)具有能耗大、费用高、污染严重等缺点;而节能环保型太阳能热水器的运行又受到气象条件的制约。空气源热泵的供热原理与传统的太阳能热水器截然不同,空气源热泵以空气、水、太阳能等为低温热源,空气源热泵以电能为动力从低温侧吸取热量来加热生活用水,热水通过循环系统直接送入用户作为热水供应或利用风机盘管进行小面积采暖。空气源热泵是目前学校宿舍、酒店、洗浴中心等场所的大、中、小热水集中供应系统的最佳解决方案。

      空气源热泵的工作原理:空气源热泵在运行中,蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质,工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升,高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时,释放出的热量传递给了空气源热泵贮水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器,然后再被蒸发,如此循环往复。

      空气源热泵的传热工质是一种特殊物质(氟利昂,有R22、R417、R134、R407等),常压下其沸点为零下40℃,凝固点为零下100℃以下,该物质冷的时候是液体,但很容易被蒸发成气体,反之亦然。在实际运行中,空气源热泵中传热工质的蒸发极限温度为零下20℃左右,因此5℃的环境温度对如此低的温度也是“热”的,甚至下雪的温度,比如说0℃,相比之下也是热的,因此,仍可交换一些热能。

      空气源热泵热水器以空气为低温热源制取热水,耗电量仅为电热水器的1/3~1/4;同燃煤、油、气热水机组相比,可节省75%的运行费用。

      空气源热泵热水器系统运行无任何的燃烧物及排放物,是一种可持续发展的环保型产品。

      空气源热泵热水器整个系统的运行无传统热水器(燃油或燃气或电热水器)中可能存在的易燃、易爆、中毒、短路等危险,是一种安全可靠的热水系统。

      空气源热泵热水器的使用寿命长,使用寿命长达15年以上;运行安全可靠,并可实现无人操作,全自动智能控制,维护费用低。

      空气源热泵适用范围广,不受气候影响:该空气源热泵热水机组可广泛应用于住宅、宾馆及公共建筑等场所的大中小热水集中供应的系统;该空气源热泵机组的运行不受气候影响,可全年候运行。

      ⑵.保温材料性能特点及技术参数:

      保温材料的好坏直接关系着热效率和晚间清晨的使用,在寒冷的东北尤其重要。目前较好的保温方式是进口聚氨脂保温,若配料、工艺、环境、温度不适,也会造成发泡不均或泡孔过大、工质缓慢漏失保温性逐渐下降的后果,这就需要厂家有专门的发泡机械、标准化模具和较高的工艺技术水平。另外,我们不仅要了解产品用材工艺、还要看厂家的机械设备、模具等有机成本的高低、质量监测的水准。产品质量直接关系消费者的利益。

      聚氨酯保温层厚度:70mm闭孔率:65.69﹪导热系数:19.83mw/m.k,并经过高温熟化处理。

      ⑶水箱内胆与支架

      水箱内是储存热水的重要部分,其用材料强度和耐腐蚀性至关重要,优质的选材应是进口SUS304板材,厚度在0。6mm--0。8mm之间不锈钢板,氩气保护,高频自动焊接,提高钢板在各种水质或各种环境耐腐蚀性能,是比较先进的焊接工艺、支架材料全部采用不锈钢(SUS304),外观美观、强度高、整体采用螺栓连接,支架、整机刚性强,而且利于运输安装,抗腐能力强。

      全玻璃真空管性能参数

      规格型号 Ф47×1500 Ф58×1800 Ф58×2100 Ф70×2100

      重 量 1.35±0.12kg 2.29±0.18kg 2.67±0.22kg

      外层管直径 Ф47±0.7mm Ф58±0.7mm Ф58±0.7mm Ф70±0.7mm

      内层管直径 Ф37±0.7mm Ф47±0.7mm Ф47±0.7mm Ф55±0.7mm

      外层管厚度 1.6±0.15mm 1.8±0.15mm 1.8±0.15mm 1.8±0.15mm

      内层管厚度 1.6±0.15mm 1.6±0.15mm 1.6±0.15mm 1.6±0.15mm

      管 长 1500±4mm 1800±4mm 2100±4mm 2100±4mm

      材 料 3.3高硼硅玻璃 3.3高硼硅玻璃 3.3高硼硅玻璃 3.3高硼硅玻璃

      吸热效率 0.94~0.96 0.94~0.96 0.94~0.96 0.94~0.96

      热损率 0.04~0.06 0.04~0.06 0.04~0.06 0.04~0.06

      Transmittance of Outer Tube 0.91 0.91 0.91 0.91

      最高空晒温度 250~280℃ 250~280℃ 250~280℃ 250~280℃

      热损系数 ≤0.6w/ m2*℃) ≤0.6 w/ (m2*℃) ≤0.6 w/ (m2*℃) ≤0.6 w/ (m2*℃)

      绝热材料,是指用于建筑围护结构或热工设备、管道,阻抗热流传递的材料或材料的复合体。绝热材料的意义,一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境,另一方面是为了节约能源。随着世界范围内能源的日趋紧张,绝热材料在节能方面的意义日显突出。仅就一般的居民采暖和空调而言,通过使用绝热围护材料,可在现有的基础上节能50%~80%。根据日本的节能实践证明,每使用1D屯绝热材料,可节约标准煤3吨/年,其节能效益是材料生产成本的10倍。

      暴露在大气中的热水管道,存在大量的热损失,为了节约能量,减少系统的热损失,必须对管道进行保温。保温材料种类众多,在选用不同的保温材料的时候,应该做到既满足系统的使用要求,又尽可能的节约材料,降低成本。

      一个完整的热工管道和热工设备的绝热结构,通常包括:(1)防腐层;(2)滑动层(可与防腐层并用);(3)绝热层:(4)防水防潮层;(5)外保护层(也可以兼作防水防潮层)。

      由于热水系统所用的管道都已经经过防腐处理,所以绝热设计的任务主要是绝热层、防水防潮层和外保护层的设计。

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  • du845968102 2015-12-24 17:15

     效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。阳光由不同波长的可见光和不可见光组成,不同物质和不同颜色对不同波长的光的吸收和反射能力是不一样的。黑颜色吸收阳光的能力最强,因此棉衣一般用深色或黑色布。白色反射阳光的能力最强,因而夏季的衬衫多是淡色或白色的。因此利用黑颜色可以聚热。让平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上,也可以达到集热的目的。纸在阳光照射下,不管阳光多么强,哪怕是在炎热的夏天,也不会被阳光点燃。但是,若利用集光器,把阳光聚集在纸上,就能将纸点燃。集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。

      太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。由于太阳能比较分散,必须设法把它集中起来,所以,集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同,集热器及其匹配的系统类型分为许多种,名称也不同,如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉,以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。

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