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江苏欧麦朗设备安装工程有限公司品牌“欧麦朗”,是一家太阳能热水系统、空气能热水器厂家,从事热泵、太阳能等新能源的研发、生产与销售的环保型产业化企业。公司主要生产空气源热泵,太阳能产品。承接学校热水工程、太阳能热水工程、空气能热水工程、商用冷暖空调工程、新风系统工程、烘干工程等。广泛应用于企业、宾馆、酒店、医院、学校、养老院、健身会所、工业单位、农业烘干等领域。

太阳能供热采暖系统的设计

      太阳能供热采暖系统将太阳能转化成热能,供应冬季采暖和全年生活热水。系统主要由集热系统、换热储热系统、辅助能源、控制系统和末端供热采暖系统等组成。

      由于集热器种类和运行方式有多种形式,储热水箱有开口式、封闭式及有无内置换热器式等种类,辅助能源有安装在水箱内部的电加热器、通过内置或外置换热器进行加热的外部加热装置,如电锅炉、燃气炉、热泵等;外置辅助加热装置还可以直接给水箱中的水加热。因此太阳能供热采暖有多种组合方式。下面选取储热水箱直接供暖、间接加热生活热水太阳能供热采暖系统为例,进行设计。


系统原理图


系统优点:水箱直接接供暖系统、系统简单稳定。生活热水新鲜、水质好,不需要经常给储热水箱加水。

      在供暖季节,系统可以加热生活热水并供暖;在非供暖季节,可以通过管路切换,直接由储热水箱供生活热水。

      一、系统设计

      1、热负荷计算

对太阳能供热采暖系统来讲,其热负荷包括两部分,一部分是建筑物的采暖热负荷,另一部分是生活热水热负荷。

1.1采暖热负荷

采暖热负荷采用面积热指标估算法。

Qc=q*A   kW

采暖期内建筑物日总耗热量

Qt=Qc*t *3.6  MJ

t为建筑日采暖运行时间,h。


1.2生活热水热负荷

Qr=CmΔT/t   MJ


      2、集热面积计算

2.1供热采暖系统集热面积计算

集热面积计算按下式

Ac=Qsun/H/η

Qsun=Qt*f

式中:Ac——太阳能集热器面积,㎡;

Qsun——需要由太阳能集热系统提供的热量,MJ;

H——采暖期晴好天气太阳辐照量,MJ/㎡;

η——太阳能集热、储热及供热系统的综合效率,0.4-0.5;

Qt——采暖期内建筑物日总耗热量,MJ;

F——太阳能采暖系统的保证率,是指晴好天气的保证率而不是采暖季的平均保证率。这一数值要根据投资规模和建筑物实际情况综合考虑,并征求用户意见,一般选取f=50%。

      3、储热水箱的设计计算

设计原则:太阳能集热器产生的热量扣除白天采暖需要后剩余能量以显热形式储存在储热水箱中,水箱上限温度比当地热水沸点温度低15℃左右,下限温度不宜<5℃;如有排回防冻措施,还要考虑晚上防冻排回液体的容量。

3.1水箱的容积

当太阳能采暖系统在晴好天气的保证率>30%时,太阳能集热器在白天得到的能量转换为热能后能被建筑物完全消耗,剩余部分的热量以热水的形式储存在水箱中供夜间采暖使用,这些热水的容积按下面公式计算。

     

Qday=Qt/3+Qr

     

A——太阳能集热器面积,㎡;

 H——冬季采暖期晴好天气太阳辐照量,MJ/㎡;

η——太阳能集热系统热效率,%;

 Qday——系统白天采暖及热水需要热量,MJ;


3.2防冻回流排回液体的容量

为了解决全玻璃真空管集热器组成的直接式集热系统的防冻问题,为了提高采暖系统的效率,最有效的办法是把集热器中的水排回水箱。不同规格型号的集热器由于联箱的体积、管道长度和直径不一样,其集热系统的容水量是不同的,但可以进行粗略计算。以58×1500型集热器为例,单只真空管容水量按3.0l计算。

Vc=n*v

3.3储热水箱的容积

储热水箱的容积为Vtank=V+Vc


3.4辅助能源设计

阴雨雪天没有太阳能,所有采暖负荷都要有辅助加热设备提供,因此辅助加热设备提供的热能>采暖总负荷,故辅助能源功率必须>建筑物供暖热负荷。为延长辅助能源的寿命,一般情况下按1.5倍~2倍选择辅助能源功率。

      

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