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热管真空管太阳热水系统的设计 |
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摘要： 热管真空管是一种高效的太阳能集热元件，它具有工作温度高、承压能力大、耐冷热冲击、抗冰雹等独特的优点。热管真空管组成的太阳热水系统，运行可靠，安装方便，适应性强，深受用户欢迎。本文简要介绍热管真空管太阳热水系统的有关设计问题，供大家参考。
关键词： 热管真空管 热水系统
1 热管真空管太阳热水系统工作原理
(1)热管真空管
热管真空管的结构如图1所示。太阳光透过玻璃管照射在吸热板上，太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能。吸热板吸收的热量迅速将热管内少量工质汽化，并迅速上升到冷凝端，放出汽化潜热后冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端。利用热管内少量工质的汽—液相变循环过程可连续地将吸收的太阳能传递到冷凝端加热水。为使热管内冷凝后的液体工质流回蒸发端，热管真空管工作时与地面的倾角应大于10°。
图1热管真空管结构图
(2)热管真空管集热器
图2所示为热管真空管集热器结构示意图。由该图可见，每支热管真空管的冷凝端通过导热块将热量传递给集管，不断加热其中的水。真空管的冷凝端与导热块刚性连接，被加热水不流经真空管，因此安装十分简单，即使真空管发生损坏，太阳集热器的工作并不会因此而中断。
图2热管式真空管集热器简图
(3)热管真空管太阳热水系统
图3所示为热管真空管热水系统工作原理图。热管真空管集热器吸收太阳辐射将水加热，循环泵将储水箱中的低温水输入集热器进行循环加热。循环泵的工作由光控仪控制，当太阳辐照度达不到设定值时，循环泵不工作；如当全天达不到设定辐照度时，也可由辅助加热装置进行加热。
图3热管真空管热水系统工作原理图
2 系统主体设计的依据
在进行太阳热水系统设计时必须掌握一些基本资料，作为设计的依据。
(1)用户要求
主要包括：用水量、水温、用水时间的要求；要不要辅助加热，采用何种辅助能源。
(2)建筑物的情况
主要包括：热水系统安装平面(屋面)的具体尺寸，屋面荷载和承重梁分布情况，屋面正南方向有无建筑物的遮挡，水源和电源情况；让用户提供屋顶平面和结构图纸。
3 太阳热水系统工程参数的确定
(1)系统的朝向
在北半球，集热器阵列朝向正南。
(2)集热器面积
(a)北京地区采用热管真空管集热器(在日照17000KJ／m2.d条件下)，每平方米集热面(4支热管真空管)从上午9时至下午3时，水温设定在40—60℃时，春秋季产热水量60—70L／m2.d，夏季产热水量70—80L／m2.d，冬季产热水量50—60L／m2.d。
我们根据用户的实际需要来选定平均日产水量。若系统全年使用，特别是要保证冬季的用水量，推荐以50—60L／m2.d(水温40℃以上)产水量为标准来确定集热器面积。
(b)太阳热水系统提供淋浴用热水时，用水量可参照国家颁布的《室内给排水热水供应设计规范》的有关规定，水温在40℃以上时，平均每人每次的用水量为35—40L。当然，用水量还要根据用户的要求最后确定。
(3)集热器倾角
若系统全年使用，集热器倾角推荐为：
α=当地纬度＋(5°—10°)
(4)集热器前后排间距
为了使集热器相互不遮挡，前后排集热器的间距可按表1确定。
(5)建筑物屋面荷载
安装太阳热水系统的建筑屋面，活荷载要求在150kg／m2以上。
4 集热器的排列方式、水箱布置及管路设计
(1)集热器的排列方式
集热器的排列方式有串联、串并联和混联，如图4所示。可按照需要选用。
图4集热器排列方式
(2)水箱的布置
首先，水箱应安装在建筑的承重墩上，若没有预留基础承重墩，则应根据建筑结构图了解承重情况，将承重墩放置在承重梁(墙)上。同时还应考虑供水和取水管路应尽量短，与水箱较近，避免过长的管路外露而发生冻裂。
(3)循环管路的设计
热水系统中的循环管路主要是指从循环泵的吸水口经过集热器集管，回到储水箱的管路。在循环管路的最高点要设置放气管，放气管应高出最高点600—800mm，整条管路要有一定的斜度(>0．5％)，目的是在循环泵停止运行时，使管路中的水能够自动流回水箱。
5 系统设计
(1)系统平面布置
太阳热水系统平面布置如图5所示。其中前后排集热器间距L可由表1确定。表1
 
图5系统平面布置图
n1、n2、n3为单排集热器(单元)数，L为集热器单排之间的间距
2)系统基础设计
系统基础设计如图6所示。该图主要标明集热器和水箱基础的尺寸及相对位置。若有屋面结构图，应标明这些尺寸与屋面结构图中的相关基准的位置。
图6系统基础图
单排基础墩的横向距离为2000mm，若单排横向距离总长度不是2000mm的整数倍时，最后一对基础墩之间的横向距离应在2000mm之内，其具体的尺寸由图6中L1、L2、L3的尺寸确定。基础的预埋板应进行超平，使其等高。
(3)集热器支架设计
集热器支架是根据系统布置图中的集热器排列方式和数量以及集热器的倾角进行设计的。主要确定集热器倾角的标准单元支架(三角架)，它通过横拉筋现场焊接而成。其单排的总长度由单排集热器数确定，横向支架整体斜度通过三角架之下支撑角钢来进行调节，要保证斜度>0.5％。
(4)水箱的结构设计
水箱容积的确定：以浮球阀控制的液面以下的水量作为水箱的容积大小。水箱内的管件主要包括：与循环管路相连的上水循环管路(其间连有循环泵)、循环回水管、冷水上水管、热水取水管、水箱排污管、溢流管、安装探头的焊接管箍等。
水箱内各管件相对位置设计应遵循的原则：(a)在系统运行时，热水管取到最低液面时，循环泵的吸水口总是处于液面以下，泵能正常工作，不会让循环泵空转；若有电加热时，电加热的安装位置应保证不进行干烧。(b)各管件应保证垂直方向的相对高度，水平方向的位置可灵活布置。(end)
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(5/24/2005) |
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