简述太阳能热水供应系统设计

赵改英

摘 要：节能、环保、便捷、经济效益明显是太阳能热水供应系统具有的巨大优势，如今，太阳能热水供应系统成为太阳能应用的主要形式。在全社会倡导节能减排的大形势下，开发、研究该系统具有极大的意义。本文归纳了该系统的优点，并把集热系统、辅热系统、安全防护系统的设计做了重点介绍。

关键词：太阳能；热水供应系统；设计；集热器；辅热设备

1 阐述太阳能热水供应系统

太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，在目前的太阳能应用发展中，太阳能热水系统是最成熟、最具有经济价值并且已经商品化的应用产品。按加热循环方式分类，太阳能热水器可分为自然循环式、强制循环式、储置式3种。太阳能集热器、保温水箱、连接管路和控制中心是构成太阳能热水供应系统的3大部件。

2 太阳能热水供应系统的四大优点

第一大优点：节能环保，该系统的主要热源是太阳能，作为房屋建筑热水系统和采暖用热水系统的主要热源，该系统减少了能源与资源的消耗，减少了二氧化碳的排放，不对空气进行污染。

第二大优点：通过统一规划设计、同步施工，设备及管线的合理配置，该系统与房屋建筑结构科学有序结合在一起，与建筑物协调一致。这样既保证了整体工程质量，也提高了建筑物的美感和景观艺术。做到省时、省工、省力。

第三大优点：操作简单、运行安全。该系统技术先进、简单易学、便于操作。而且功能完善，特别是智能化自动控制系统安全可靠。很少出现安全事故。为现代家庭和单位所接受。

第四大优点：该系统可利用现有工程条件和地方资源优化配置辅助加热能源，如市政蒸汽管网系统能源、中央空调系统能源等，达到充分利用能源的目的。

3 该系统设计的四个要点

3.1 集热系统的设计

3.1.1 系统规模设计

集热系统的规模适可而止，不宜过大，集热器阵列的总出水口同储热水箱间的距离应控制在300m范围内。在规模较大的小区，可以把相邻的几幢或单幢建筑分为一个小系统，通过增设站室实现节能。

3.1.2 选择适合的加热系统

太阳能加热系统可分为间接式和直接式，直接式又可分为自然循环式和强制循环式，而强制循环式又可分为连续式和间歇式。各有优缺点，具体比较如下：

间接式室外部分所用工质为防冻液，防冻能力强，但由于需換热器加热循环水，故初次投资比较大，而且总的热效率低。

自然循环式无须专人看护，一次投资少，但水箱需高架，抗冻性能差，且系统不能过大，集热面积通常在30m2以下。

连续式强制循环系统水箱可置于室内，水泵连续运行且工况稳定，初次投资较省。缺点是该系统常常在日照较弱的情况下运行水泵，造成无效运行，浪费电能。

间歇式强制循环系统增设了水泵运行控制仪，该系统避免了水泵无效运行，缺点是初次投资较大，而且运行管理要求也比较高。

综上分析可知：自然循环式系统可优先采用于非寒冷地区的小面积系统。连续式强制循环系统可用于游泳池和鱼塘用水加热。间歇式强制循环系统优先用在宾馆、浴池大面积系统。使用间接系统时应经过技术经济比较。而且只有选择合适的加热系统，才能做到物尽其才。

3.1.3 集热器的选型

太阳能集热器包括平板型、热管真空管、全玻璃真空管等。平板型的优点是集热块、价格低、承压高、耐热冲击性能好，缺点是室外气温较低时热损失较大，不耐冰冻。热管真空管的优点是热效较高、承压能力大、耐热冲击性能好、耐冰冻，系统可靠性强，这种集热器几乎找不到缺点，是比较理想的一种类型。全玻璃真空管的优点是全年热效高，缺点是承压能力低、系统可靠性差，更重要的是玻璃管内易结垢且难清理。

综上分析，平板型集热器优先用于非冰冻地区；热管真空管优先用于在寒冷地区的大面积热水系统；在寒冷地区大面积使用全玻璃真空管时，必须采取措施提高其承压能力和抗热冲击能力。

3.1.4 集热器的定位

首先，集热器的方位角宜朝南，如果不能做到，最好设置为南偏东或南偏西15°角内摆放。其次，全年使用时，安装倾角应与当地纬度一致；侧重在冬季使用时，倾角应比当地纬度大10°；侧重在夏天使用时，倾角应比当地纬度小10°。最后，为了避免相互遮挡，成排安装时，集热器的间距应大于日照间距。顺坡屋面安装时，要留出安装间距和检修空间。

3.2 辅热设备的设计

首先要计算辅热设备负荷。辅热设备负荷的设计，应该把日常所需热量作为辅助设备考虑因素，而不应考虑太阳能的效用。其次在辅助设备选型上，可根据热源不同，要求不同，采取因地制宜，恰当应用工业废热、设备余热、电热水锅炉、柴油锅炉、燃气锅炉、空气源热泵等。近几年，空气源热泵热水器从空气中获得能源具有节能环保、费用低廉等优点，是辅助加热的最佳选择。在气温较高的南方地区，更加适合这种产品。

3.3 防过热、防爆安全设计

防高温、防爆是太阳能供热系统必需具备的功能。要做好这项工作，需要做好以下几点。第一，把放气器、安全阀、膨胀管设放在集热系统的管道上，适当提升系统内部的压力。第二，设置空气散热器，当温度过高时用来散出热量，防止过热。第三，采用遮阳设备。尽量避免高温出现。不让供热系统过热，把事故消灭于萌芽之中。

3.4 防冻安全设计

倒循环、排回、排空、添加防冻剂是防冻的主要措施，各具利弊，应因地制宜。其中，倒循环的优点是比较简单，缺点是耗电量大。可通过保温、降阻等方式来解决这一问题。

4 结束语

随着人们环境意识的提高，太阳能的应用已经越来越广泛，特别是太阳能热水器已经进入千家万户，但也应看到在太阳能热水供应系统的设计和应用中也存在诸多问题。只有采取合理的技术措施将之解决，才能真正发挥太阳能资源的优势来造福人类。

参考文献

[1]田琦.大型太阳能热水供应系统设计的若干问题[J].中国给水排水，2001，17（6）：33-35.

[2]姚良琮，姚丽婕.双节能热水系统的应用[J].Shanghai Gas，2012，（5）：38-41.

（作者单位：邯郸建筑设计有限责任公司）