現(xiàn)代社會(huì)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展同環(huán)境污染、能源短缺間的矛盾日益突出，環(huán)保、綠色、節(jié)能成為人類(lèi)尋求生存和長(zhǎng)期發(fā)展的首要問(wèn)題。太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)具有節(jié)能、使用方便、無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)勢(shì)，而成為主要的太陽(yáng)能應(yīng)用形式。太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程由集熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)泵、控制系統(tǒng)、管路配件等共同組成，可依據(jù)用戶(hù)要求、安裝場(chǎng)地、用水量進(jìn)行靈活的組合。因此，對(duì)太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，對(duì)于太陽(yáng)能在熱水集中供應(yīng)領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)化具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

01

太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的適用范圍

歸結(jié)起來(lái)，太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的適用范圍包括如下幾個(gè)方面：第一，日照時(shí)數(shù)/年在1200小時(shí)以上，太陽(yáng)輻射量/年在3500焦每平方米以上的地區(qū)；第二，具備太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的安裝條件；第三，能夠保證太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的建筑安裝部位每天至少4小時(shí)的日照；第四，系統(tǒng)的安裝不會(huì)對(duì)鄰近建筑的日照構(gòu)成遮擋；第五，系統(tǒng)工作溫度在130攝氏度范圍內(nèi)，熱水工作溫度在75攝氏度范圍內(nèi)。

02

太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程設(shè)計(jì)的原則

太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)遵循如下原則：

1、安全性。工程自身具備較高的安全性，在真空管發(fā)生意外破壞的情況下，對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行不產(chǎn)生影響，同時(shí)，還應(yīng)有防雷、防風(fēng)、防凍的相關(guān)保護(hù)措施；

2、穩(wěn)定性；應(yīng)具有較高的熱效率和穩(wěn)定的性能，可實(shí)現(xiàn)定溫補(bǔ)水等；

3、全天候性?？紤]復(fù)雜天氣因素的影響，其加熱應(yīng)備有相應(yīng)的輔助能源；

4、智能型。備有只能控制系統(tǒng)，在顯示水溫的同時(shí)，可依據(jù)溫度設(shè)定要求，來(lái)自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉加熱輔助能源，且控制系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作兩種工作方式；

5、節(jié)能性。太陽(yáng)能應(yīng)用限度最大化，盡可能地節(jié)約常規(guī)能源；

6、水質(zhì)要求；太陽(yáng)能集中供給的熱水應(yīng)無(wú)異味、無(wú)鐵銹和其它影響人體健康的物質(zhì)。

因?yàn)樘?yáng)能的低密度，所以其加熱過(guò)程緩慢，不能如常規(guī)熱源那樣一次將冷水加熱到所需溫度的熱水，因此其加熱、換熱、儲(chǔ)熱方式及所用設(shè)備均有別于常規(guī)熱源。因?yàn)樘?yáng)能的不穩(wěn)定，所以系統(tǒng)需設(shè)輔熱設(shè)備，而輔熱設(shè)備的設(shè)置必須以充分利用太陽(yáng)能為原則。再者，由于系統(tǒng)要設(shè)置太陽(yáng)能與輔熱兩套加熱系統(tǒng)，勢(shì)必大大增加一次投資，因此太陽(yáng)能系統(tǒng)的產(chǎn)熱量宜以滿(mǎn)足一年中大部分時(shí)段的平均日用熱水量為合理，即用水人數(shù)、定額均應(yīng)按此原則確定，并選擇合適的太陽(yáng)能保證率。

03

太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

（一）集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)規(guī)模設(shè)計(jì)

集熱系統(tǒng)的規(guī)模不宜過(guò)大，集熱器陣列的總出水口同儲(chǔ)熱水箱間的距離應(yīng)控制在300米范圍內(nèi)。在小區(qū)規(guī)模較大時(shí)。可以鄰近幾幢或單幢為一個(gè)小系統(tǒng)，且通過(guò)增設(shè)站室便可實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

2、選擇加熱系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)分為直接加熱和間接加熱兩種方式，且兩者各有利弊，直接加熱可實(shí)現(xiàn)較高的加熱效率，而間接加熱則能夠有效防止 水垢的產(chǎn)生，使集熱器使用壽命得到延長(zhǎng)。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于間接加熱系統(tǒng)的應(yīng)用更為適宜，且實(shí)際應(yīng)用中，集熱器需進(jìn)行承壓處理，需增設(shè)循環(huán)泵和換熱設(shè)備。

3、選擇儲(chǔ)熱設(shè)備

儲(chǔ)熱設(shè)備的選擇是以間接加熱系統(tǒng)的確定為前提的，儲(chǔ)熱設(shè)備包括儲(chǔ)熱水箱和儲(chǔ)熱水罐兩種。對(duì)于較大熱水供應(yīng)量的工程，選擇儲(chǔ)熱水箱更為適宜，其原因在于這一儲(chǔ)熱方式的出水量每天可達(dá)上百立方米，而儲(chǔ)熱水罐的應(yīng)用則適合熱水供應(yīng)量較小的工程，在施工現(xiàn)場(chǎng)就可完成拼裝，投資小、占地小。

（二）輔熱設(shè)備的設(shè)計(jì)

1、計(jì)算輔熱設(shè)備負(fù)荷

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)于太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程輔熱設(shè)備負(fù)荷的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)不考慮太陽(yáng)能效用，而將日常所需熱量作為輔助設(shè)備作為依據(jù)。

2、選擇輔助熱源和輔熱設(shè)備

選擇輔助熱源時(shí)，宜選熱力管網(wǎng)、燃?xì)?、燃油、熱泵、電等。?duì)于小型太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)宜選擇電作為輔助能源。在儲(chǔ)熱水罐（箱）中直接放入電熱元件即可實(shí)現(xiàn)，但這一輔助熱源的應(yīng)用需要增加相應(yīng)的防垢措施，否則其自身所形成的水垢會(huì)導(dǎo)致難以有效散熱，燒壞元件。而對(duì)于規(guī)模較大的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)則宜選用電熱鍋爐作為輔助能源，而達(dá)到耐用安全的目的。在選擇輔助設(shè)備時(shí)，可依據(jù)常規(guī)熱源方式進(jìn)行選擇，且在設(shè)備型號(hào)與臺(tái)數(shù)的確定上，應(yīng)同太陽(yáng)能自身不穩(wěn)定特點(diǎn)相結(jié)合，選擇兩臺(tái)或多臺(tái)匹配設(shè)備，即無(wú)太陽(yáng)能時(shí)，設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，有太陽(yáng)能時(shí)，一臺(tái)運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能高效的目的。太陽(yáng)能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組的應(yīng)用比較普遍，其原理是在機(jī)組的蒸發(fā)器上增加了一輔助換熱器。熱泵在低溫環(huán)境下制熱運(yùn)行時(shí)，高于環(huán)境溫度的太陽(yáng)能熱水流經(jīng)該輔助換熱器，與將進(jìn)入蒸發(fā)器的室外空氣進(jìn)行熱量交換提高其溫度，從而使制冷劑在相對(duì)較高的環(huán)境里蒸發(fā)吸熱，提高了蒸發(fā)溫度，改善了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作狀況。

3、布置集熱和輔熱設(shè)備

在儲(chǔ)熱水罐中，應(yīng)將電熱元件置于適當(dāng)位置，當(dāng)無(wú)太陽(yáng)能時(shí)，亦可依靠電熱及熱水儲(chǔ)量來(lái)基本滿(mǎn)足熱水需求。當(dāng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)較大，且集熱與輔熱都采用水箱時(shí)，亦相互獨(dú)立，并進(jìn)行串聯(lián)的布置，前者為集熱水箱，起到預(yù)熱作用，后者為供熱或輔熱水箱，這樣當(dāng)太陽(yáng)能不充足時(shí)，亦可起到對(duì)冷水進(jìn)行預(yù)熱處理，而當(dāng)無(wú)太陽(yáng)能的情況下，只需通過(guò)輔助熱源來(lái)加熱輔熱水箱內(nèi)的水，便可正常供熱，且不會(huì)對(duì)集熱水箱的集熱產(chǎn)生影響。

（三）系統(tǒng)工程安全設(shè)計(jì)

1、防過(guò)熱、防爆安全設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程設(shè)計(jì)中，防高溫、防爆安全措施是十分重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。通常情況下，包括如下幾方面設(shè)計(jì)內(nèi)容：第一，集熱系統(tǒng)的管道上應(yīng)設(shè)放氣器、安全閥、膨脹管。且未降低集中介質(zhì)損耗，可適當(dāng)提升系統(tǒng)內(nèi)部的壓力；第二，設(shè)置空氣散熱器，即當(dāng)集熱器中水溫過(guò)高時(shí)，利用空氣散熱器來(lái)散出熱量，從而防止過(guò)熱現(xiàn)象；第三，采用遮陽(yáng)設(shè)備。集熱系統(tǒng)所采用的閥件、管件、管材等應(yīng)為耐高溫材質(zhì)，且極熱管上所連接的設(shè)備、閥件及密封材料也應(yīng)為耐高溫材質(zhì)。

2、防凍安全設(shè)計(jì)

對(duì)于北方寒冷地區(qū)和存在凍結(jié)可能地區(qū)，在系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)就防凍問(wèn)題進(jìn)行考慮。防凍措施主要包括倒循環(huán)、添加防凍劑、排回、排空等，且這些方法各具利弊，其應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)始終圍繞“因地制宜”的原則進(jìn)行。其中，倒循環(huán)這種方法較為簡(jiǎn)單，也比較常用，但存在耗電的缺點(diǎn)，可通過(guò)集熱管道保溫、降低集熱系統(tǒng)阻力損失、確定合理的傳感器溫度來(lái)緩解這一問(wèn)題。

04

結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)具有舒適、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、實(shí)用、方便等優(yōu)勢(shì)，且系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)涉及多種因素。明確系統(tǒng)應(yīng)用范圍，以系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)原則為前提，借鑒上述內(nèi)容，有效地開(kāi)展，從而有效保障太陽(yáng)能集中供應(yīng)熱水工程設(shè)計(jì)的節(jié)能性、合理性。更多內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)資訊雜志官微獲取。