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太阳能集中集热、分户供水末端应用方式分析

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0前言
太阳能热水系统根据集热系统、辅助系统及供水方式的不同,可以分为3大类型:分户集热—分户储热式;集中集热—分户储热式;集中集热—集中储热式。
分户集热—分户储热式太阳能热水系统,是指终端用水点以户为单位,每户独立设置太阳能集热器、储水箱、辅热设备及相关管路,每户独立使用的小型太阳能热水系统。
集中集热—分户储热式太阳能热水系统,是指太阳能集热器集中、统一规划安装于建筑物屋面部分。储水箱、辅助加热系统按终端用户为单位独立设置的太阳能热水系统。
集中集热—集中储热式太阳能热水系统,是指太阳能集热器、储水箱、辅热设备全部集成化,统一安装储热器,统一设置集中储水箱及辅助加热设备,然后将热量再分配至各用水终端的太阳能热水系统。
对于第3种模式,在高层和小高层建筑中应用的比较普遍,在此,我们对集中集热—集中储热式的供水方式做详细分析。
1集中集热—集中储热太阳能热水系统原理
2集中集热——集中储热太阳能热水系统特点和存在的问题
2.1集中集热——集中储热太阳能热水系统的特点
2.1.1太阳能集热系统、辅热系统、供水系统高度集成化,集热系统热损失小;
2.1.2辅助能源系统集中设置相对于分散设置,其初期投入设备功率小及运行费用相对较少,节能优势更加明显。
2.1.3热水供水系统相比于分户式系统更利于进行优化设计,保证供水品质,在节能、节水的前提下,达到随时供应符合需求的热水目的。
2.1.4集中集热——集中储热太阳能热水系统可以克服分户式集群系统中占用公共管道井面积较大的缺点,节省了系统管材;但需要设置独立的公共设备间,占用建筑的公共面积。
2.1.5集中集热——集中储热太阳能热水系统在集热面积、辅助功率、热水系统的设计、使用上均存在平衡互补性。
2.1.6集中集热——集中储热太阳能热水系统需根据太阳能热水系统的平均运行成本确定热水收费标准,通过分户安装热水表进行计量收费,相对比较麻烦。
2.1.7集中集热——集中储热太阳能热水系统后期需物业管理部门进行设备的整体维护及管理。
2.2集中集热—集中储热太阳能热水系统存在的问题
2.2.1业主的需求不一致。有的需要定时供水,有的需要随时有热水可用,所以,目前采用24h供热水的情况比较多,因为用户不希望打开用水口出现冷水的情况,所以,管道循环会频繁运行,造成管道热损失较大,同时高品质的供水也带来了辅助能源的大量使用,造成运行费用的增加,水费价格较高,收费麻烦,甚至出现业主不用太阳能供热系统提供热水,重新选择其他的热水方式。用水人数下降造成人均负担的水费价格更高。
2.2.2太阳能热水系统供水总量每天基本是定量的,当偶尔出现大量使用热水时,会造成热水供应不足,造成业主的不满。
在实际工程案例中,我们采取了一些便于管理又容易操作,保证业主使用热水的方式来解决上述问题,很多的用户也更倾向于这种方式。
3集中集热——分户供水——末端辅热
集中集热——分户供水——末端辅热实际上是在集中集热——集中储热的基础上演化而来,辅助加热设备不再是统一设置,而是尽量分户设置,在供水末端应用辅助加热装置。这样,辅助加热的费用直接落实到具体用户,集热系统的公共运行费用比较少,系统管理起来就比较容易了。具体的末端加热装置又有好多类型。
3.1供水末端采用容积式电热水器
3.1.1容积式电热水器安装
3.1.2容积式电热水器
容积式电热水器的工作原理非常简单,它使用一根电加热管,通电之后给水提供热量。内胆储存热水并承载压力0.6MPa(约6kg/cm2),外壳保温。产品间的区别首先体现在加热管上,有浸没型的,即直接与要加热的水接触,也有隔离型的。加热管有1.2kW、1.5kW及2.5kW等功率可供选择。加热管由一个温控器来控制,能设定所需温度并保持内胆中的水温恒定,且在40℃~75℃范围内可调。定时产品系列的时间控制系统能带来最大限度的能源节省,再配以分时电表,可节省大量电费。有的产品还具备大屏幕液晶显示屏、单键飞梭的操作界面和实时故障监测功能。为了尽可能减少热量损失,在壳与内胆之间还采用了聚氨酯或高密度泡沫塑料的加厚保温层。
3.2电热水器分类
3.2.1机械式控制电热水器
机械式电热水器温度控制的主要元件为一机械式旋钮调节的温度控制器,该温控器通常由测温探头、可调式驱动机构和一对电触点组成。当探头处温度上升时,探头内的介质(液体或气体)膨胀,并通过毛细管推动驱动机构,使电触点动作。电触点的动作温度可通过可调式驱动机构进行调节或使电触点处常开状态。
3.2.2数显型控制电热水器
数显型电热水器控制系统通常由显示板、主控制板、强电板和温度传感器组成。显示板用于显示现在温度、设置温度、故障代码和定时数的信息,还可以利用控制面板上的按键和旋钮来进行设置操作。主控制板是控制系统的核心,用于对温度信息的处理和对热水器的运行过程实施控制。强电板用于提供系统所需电源、实施强电驱动及漏电检测。温度传感器用于采集温度信息。
3.2.3数控型电热水器
数控型电热水器由显示板、主控制板、强电板和温度传感器组成。显示板上的LCD显示屏用于显示工作模式、加热状态、现在温度、设置温度、设置菜单、时钟、定时时段、故障代码等信息,还可以利用板上按键进行设置操作。主控制板是控制系统核心,用于对温度信息的处理和对热水器的运行过程实施控制。强电板用于提供系统所需电源、实施强电驱动及漏电检测。过温检测和常温检测温度传感器用于采集温度信息。
容积式电热水器串联进供水管路中,设定为热水恒温,当太阳能水温高时,电加热不启动,当太阳能水温低时,电加热启动,太阳能提高了基础水温,气到了节能的作用。采用容积式电热水器还有利于解决业主支管的冷水问题,支管冷水首先进入容积式电热水器,这一少部分冷水在里面混合后,温度下降很少,用户使用不受影响。且当阴雨天用水或用水量比较大时,能保证热水足量使用。
3.3供水末端采用即热式电热水器
3.3.1即热式电热水器安装
即热式电热水器是电热水器的一个种类,与储水式电热水器不同,它不需要用一个很大的储水容器来加热水,不需要或很少储存热水,而是让水在功率较大的发热体内流动时迅速变热,从管道输出供人们使用。
从控制方式上分类,即热式电热水器目前有两种:一种是机械式,一种是智能控制式。智能控制式采用CPU(中央处理器)、智能控制电路系统、温度档位显示等技术,体现了智能化和便捷性。在温度控制上,技术含量较高的热水器都安装有温度传感器,能随时检测加热水温,并及时把信息传送到中央处理器,中央处理器会把这信息及时通过显示屏显示出来并对加温进行控制,当温度超过中央控制系统设定的最高温度时,温度传感器把信息传递到CPU,CPU做出改变加热功率或切断电源停止加热的动作。
即热式电热水器串联进太阳能供热系统中使用,最大的优点是节能,当太阳能的水温高时,即热式电热水器不启动,热水直接供使用;当太阳能热水系统水温低时,电加热启动,对用水加温,通过智能控制对出水温度进行控制,用多少热水,加热多少热水,没有多余的耗电。所以,即热式电热水器节能效果好。不过,即热式电热水器需要较大的电源配线,因为其最大加热功率比较大,一般需截面在4mm2以上的电源线。
3.4供水末端采用燃气热水器
燃气热水器又称燃气热水炉,它是指以燃气作为燃料,通过燃烧加热方式将热量传递到流经热交换器的冷水中以达到制备热水的目的的一种燃气用具。
典型的热水器一般包括以下几个部分:外壳;给排气装置;燃烧器;热交换器(俗称水箱);气控装置;水控装置;水、气联动装置/水流量电子传感器(霍尔开关);控制系统。
4燃气热水器部件组成
4.1燃气热水器工作原理
在进水阀和进气阀打开、电源已接通的情况下,只要打开热水阀,水就进入热水器,通过水量传感器流向热交换器中的加热水管。
水流经水量传感器时,内部的磁性转子就转动。位于水量传感器外部又紧临转子的霍尔集成元件发出电脉冲,送至控制电路(电脑)。
当水量传感器中的转子的转速达到某一规定数值时,风机启动。风机内部也安装有一个霍尔集成元件,当风机的转速达到某一规定数值时,燃气主气阀及燃气比例阀打开,燃气进入燃烧器。同时点火器让点火针处火花放电而点火。首先点着的是一只(一排)燃烧器,但火焰很快向所有燃烧器转移,点燃所有燃烧器。这时位于燃烧器上部的火焰检测棒检出火焰信号,通过控制电路将燃烧指示灯点亮,并使燃烧保持下去。
流过热交换器中加热水管的水,被火焰的高温加热成热水,从热水阀流出。热水温度由面板上的温度调节旋钮设定.而实际出水温度由位于热交换器出口处的热敏电阻测量。电脑将这两个温度进行比较,并通过调节燃气比例阀的开关,调节燃气量使出水温度达到设定温度。
反过来,关闭热水阀门后,水流停止,水量传感器中的转子也停止转动,脉冲信号消失。电脑通知燃气主气阀及燃气比例阀关闭,燃烧器中的火焰熄灭,但燃烧用风机继续运转大约70s后停止。
在水路中采用了可调式水阀,通过面板上的旋钮可调节水量,从而改变出水温度。同时在热交换器附近接了一只分流管,可让少部分冷水不经加热而直接加到热水中,以期得到低温的热水。
在气路中采用了一只调压阀,可用手动调节燃气压力,改变火力大小。同时还使用了3只切换电磁阀,以得到不同温度的热水。
4.2太阳能热水系统与燃气热水器的结合使用
燃气热水器串联进太阳能供水系统中时,可通过太阳能控制器、温控器、三通换向阀实现太阳能热水与燃气热水器的结合使用(这种情况一般须采用太阳能控制器)。
温控器安装在三通换向阀的进水端,用户可根据需要调节温控点,当太阳能热水系统出水温度低于温控器设定温度时(如40℃),三通换向阀将太阳能热水系统中的低温水送入燃气热水器加热;当太阳能热水系统出水温度高于温控器设定温度(如40℃)时,三通换向阀将太阳能中的热水直接送入用水终端。
也可以采用如图12所示的连接方式实现太阳能热水系统与燃气热水器的结合使用。
将燃气热水器完全串联进供水管路中,太阳能热水系统中的热水必须经过燃气热水器才能到用水终端,此时,可在进水管路上安装一个温度开关,温度开关直接控制燃气热水器的总电源,当太阳能热水系统中的热水温度高时,温度开关断开燃气热水器的总电源,使燃气热水器不会打火,不会供气,以保证安全;当太阳能热水系统中的热水温度低时,温度开关接通燃气热水器的总电源,燃气热水器正常工作,点火,加温,产生热水,进行温度控制,以满足使用要求。
温度开关是一种用双金属片作为感温元件的温度开关,正常环境温度下,双金属片处于自由状态,触点处于闭合状态,此时,燃气热水器电源是接通的,当太阳能热水系统中的热水流过,温度升高至一定温度值时,双金属元件因受热产生内应力而迅速动作,打开触点,切断电路,从而停止燃气加热。当温度降到设定温度时,触点自动闭合,恢复正常工作状态。
太阳能热水系统和燃气热水器结合使用,能最大限度地节能并且解决了管路中的冷水问题,不管天气如何,随时都能保证充足的热水供应,是一种不错的应用方式。
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