太陽能熱水工程:太陽能熱水工程系統。概述太陽能是取之不盡、用之不竭的自然 -百科知識中文網

概述

太陽能是取之不盡、用之不竭的自然能源，使用安全，方便無污染，隨著現代化工業、交通運輸業的發展，過多的開採和使用礦物燃料造成了對環境的污染，破壞了地球大氣層，在人類賴以生存的環境日益遭到破壞的今天，人們越來越多的重視研究和使用清潔衛生的太陽能源，太陽能必將成為“未來能源結構的基礎。
太陽能熱水工程客戶大多集中在集體或單位，熱水使用方式為集中用水，用水量較大。太陽能為無污染可再生能源，太陽能工程前景很可觀，投資回收率較高，設備折舊率較低，同時太陽能熱水工程由於使用壽命較長無形中增加了物業的附加值，達到物業增值保值的目的，所以太陽能熱水工程是企事業單位投資的理想項目。隨著人們環境保護意識的提高以及對太陽能使用的認可，太陽能工程必將迎來燦爛的明天。
真空集熱管是一種高效的太陽能集熱元件，採用高硼矽玻璃，它具有集熱性能好、承壓能力大、耐冷熱衝擊、抗冰雹等獨特的優點。真空集熱管組成的太陽熱水系統安裝方便、安全可靠、經濟、清潔、無污染、自動控制、四季運行，適應性強，特別適用於度假村、大、中、小型賓館、招待所、部隊、學校、企事業單位、游泳池及生活小區等。如加輔助電源，可全天候供應熱水，是世界高科技領域最節能環保產品，深受用戶歡迎。

套用方案

套用場景

隨著傳統能源成本的不斷上升及環境的持續惡化，太陽能熱水工程解決方案越來越多地被套用於居民住宅、別墅、酒店、旅遊風景區、科技園區、醫院、學校、工業廠區、農業種植養殖區等眾多領域，針對不同領域熱水使用情況進行合理設計與配置，達到能源的綜合利用，降低成本投入。

解決方案

太陽能熱水工程主要由太陽能集熱器、儲熱系統、控制系統、換熱系統、輔助能源系統、保溫材料、管路系統及配件等部分組成。太陽能集熱器吸取太陽的熱量，加熱管道中的水，加熱後的水靠循環泵通過管路輸送至儲熱裝置，通過整體能源系統的設計可為鍋爐、熱泵等提供基礎熱水，通過管路輸送至各熱點使用。
系統組成：
太陽能集熱器：
1.適合安裝在屋頂及其他可固定安裝位置（鋼結構支架上等）安裝；
2.集熱器美觀大氣，可任意角度安裝，維護方便；
3.集熱器型號多樣，可滿足任何空間安裝，客戶選擇多樣化。
儲熱系統：
1.專利工程水箱，防腐性能強，水嘴設計規範合理，連線管路方便；
2.保溫層為聚氨酯發泡一次成型，發泡均勻，保溫效果好；
3.型號齊全，可滿足用戶80噸以下熱水需求；
4.可滿足400平米以下建築單戶採暖需求。
換熱系統：
1.選用高效高質量換熱器，換熱效果好；
2.採用換熱系統，系統水質好；
3.設計獨立換熱系統可滿足用戶多種多樣用熱點水質、水壓和水量的需求。
控制系統：
1.採用PLC程式模組控制，多點控制，精度高，性能穩定；
2.控制界面人性化，模組清晰，操作方便。
輔助能源系統：
1.多種輔助熱源可供選擇，電輔助、燃氣輔助、燃煤鍋爐輔助、燃油鍋爐輔助、熱泵輔助都可以根據用戶特點選擇；
2.系統得熱量多，熱損失小。
保溫材料：
1.採用聚苯乙烯泡沫材料，保溫好，散熱小；
2.保溫外敷鋁箔，美觀，防輻射散熱。
管路系統及配件：
1.管路選用標準PVC管材，經濟合理；
2.配件標準設計，防鏽防腐蝕。

方案特點

熱水效果保證：全年全天24小時充足水量供應，即開即熱；
熱水品質保證：壓力恆定，水溫穩定，水質乾淨；
系統集成設計：系統整體考慮，搭配輔助熱源，專業軟體分析，系統高效可靠，人性化設計；
系統質量保證：對集熱器、水箱、循環泵、管路等各個環節給予全面保障，確保系統安全穩定運行20年以上；
系統智慧型控制：全數據顯示、智慧型化控制、分戶計量、信息準確。

太陽能熱水工程詳解

聯集管熱水工程系統

聯集管式集熱工程系統由數台集熱器串並聯、水箱、支架、循環管道、熱水泵及控制系統組成。其中工作原理是：系統根據設定溫差，利用熱水泵使水在集熱器和儲水箱之間進行循環，將集熱器採集到的太陽光的熱量不斷地傳給水箱，從而使儲水箱的水逐漸升溫。
特點：
適應能力強：根據不同地域所處緯度不同選擇合適傾角的集熱器。
套用場合廣：從一般家庭到單位、企業、集團；從幾十人、幾百人至上千人的洗浴均可使用。廣泛適用於賓館、學校、部隊、工礦企業等，且能套用於大型游泳池等場所。
自動化程度高：自動電加熱、自動循環以及自動保護（過熱保護、漏電保護、無水保護、防凍循環等）。
經濟實用：一次性投資，終身受益。
環保節能：無公害、無污染、節約能源、綠色環保。
性能：
採用全玻璃真空管太陽能集熱器，可以在平屋頂大面積安裝。代替鍋爐使用。
水箱可以放置在任何位置，利用自來水的壓力自動頂出熱水，隨開隨用；水箱也可安裝於高處，採用落水法用熱水。若水箱只能安裝於低處，高處用熱水則用熱水泵輸送。配用智慧型控制儀，可實現系統運行自動化。
冬季為防止循環管道凍裂，系統設有低溫保護功能。
熱水出水總管道中設有定時或定溫控制系統控制熱水循環泵開啟，保證管道放水始終為熱水。
用戶在任何天氣條件下，在任何時候可享用熱水。

1）太陽能集熱器
◇內膽：304/2B食品級不鏽鋼
◇保溫：無氟聚氨酯發泡保溫，保溫性能好，綠色環保
◇外框：抗腐蝕鍍鋁鋅板，無光污染，美觀
◇真空管密集式排列，單位長度集熱管數量多，吸熱快，效率高
◇可拆卸式標準模組，運輸方便，組裝快捷。XYM型聯集管太陽集熱器特點：
集熱器採用聯箱式微承壓設計，適用於自然循環、強制循環太陽集熱系統。
集熱器採用國標全玻璃真空管高效集熱，全年運行，投資較經濟。
集熱器的全玻璃真空管東西橫向放置，使集熱器真空管內的存水充分利用，同時利於真空管
內壁清洗排污。
外形尺寸3100×2000×140mm
集熱器件全玻璃真空集熱管
規格數量Φ47mm×1500mm×60支
集熱面積7.5m2
承壓能力0.05-0.10Mpa
內膽材料不鏽鋼板
外殼材料鍍鋁鋅板
保溫材料45mm聚氨酯發泡
密封材料矽橡膠密封圈
支架材料國標鋼材
流體容量80L
集熱功率太陽日輻照量17.0MJ/m2集熱輸出：2.05KW/組
熱水補償北京地區參考值：L/H△T=35℃工程手冊‥ngineeringManual
產品型號 XYM58X1500X60
2）控制器

顯示：集熱器頂部、底部水溫，水箱水溫，水箱水位，時鐘，
定時時間和循環、防凍和上水等指示。
具備控制功能：
1、上下限水位補水功能
2、水箱加溫循環
3、定溫出水功能
4、水滿轉溫差循環功能

註：根據具體工程要求選用不同型號水泵。●

電磁閥：選用大口徑、直開式電磁閥，阻力小，功率2W。
●管路：選用國標熱鍍鋅管。
4）儲熱水箱圓柱型水箱參數表

<三>以一個10噸太陽能熱水系統為例進行系統設計

工程設計■用戶要求■設計過程■
設計依據
（1）GB/T18713-2002《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規範》
（2）GB50015-2003《建築給水排水設計規範》
（3）GB/T17581-1998《真空管太陽集熱器》
（4）GB/T17049-1997《全玻璃真空太陽集熱管》
（5）GB/T6424-1997《太陽能集熱器技術條件》
（6）GB4301-84《太陽能集熱器熱性能試驗方法》
（7）GB/T15513-1995《太陽能熱水器吸熱體、連線管及其配件選用彈性材料的評價方法》
（8）GBJ1788《鋼結構設計規範》
■設計方案主要考慮的幾個問題
（1）優先利用太陽能，當太陽能不足時，再利用輔助能源補充加熱熱水。
（2）太陽能熱水系統運行方式的合理性、先進性、可靠性。
（3）控制系統的全自動化、智慧型化、先進性可靠性。
（4）太陽能系統的布局與擺放應與周圍的建築物相協調，日常維護檢修方便。
（5）充分考慮系統抗風、防雷、防凍、關鍵設備防護、漏電保護、承重等安全問題。
（6）保證工程質量的前提下，儘可能降低工程造價，提高工程的性價比。
（7）用戶技術要求。以一個賓館100個標準間為例，每天需求45℃熱水10噸，為節約運行成本及環保，採用太陽能熱水系統+ 電輔助解決洗浴用熱水問題。

系統基本設計
（1）太陽能系統設計成定溫放水，水滿溫差循環系統，即可滿足24小時用熱水，又可充分利用太陽能；
（2）陰雨天或光照不足時，啟動輔助加熱系統，並通過太陽能補水,優先利用太陽能熱量，最大限度減小電能消耗，並保證熱水供應；
（3）控制系統採用全自動控制器，保證系統運行準確可靠安全。
■用熱水量確定
貴單位每天需要洗浴用熱水大約10T（45℃）
■太陽集熱器面積確定
根據GB/T18713-2002《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規範》直接系統集熱器採光面積估算：
Ac=QwCw（tend-Ti）f/JTηcd（1-ηL）
式中：Ac：直接系統集熱器採光面積，m2
Qw：日均用水量，kg，取10000kg
Cw：水的定壓比熱容，KJ/（kg·℃），4.18
Tend：儲水箱內水的終止溫度，℃，取45℃
Ti：水的初始溫度，℃，取15℃
F：太陽能保率，無量綱，（取0.7）
JT：當地春秋或秋分所在月集熱器受熱面積上月均日輻照量，KJ/m2
ηcd：集熱器全日集熱效率，無量綱；(取0.55)
ηL：管路及儲水箱熱損失率，(取0.15)
代入參數：計算得：AC=150m2
根據我公司太陽能集熱器規格及貴單位要求，選用我公司生產的XYM47＊150
0＊60S真空管集熱器20套，每套集熱器由60支47＊1500真空管組成，總計12
00支47＊1500mm真空管,標稱面積7.5m2，集熱器面積總計150m2。工程手
冊‥ngineeringManual
XINYUAN
025
健康熱水服務·新源陽光快1步N 防風雪系統支架為整體結構，並與樓面牆體固定。
■集熱器受力分析
集熱器最大受風面積為集熱面外形面積：
S＝3.1×2.0×sin45°＝4.384m2
根據《建築結構荷載規範》GB50009-2001，取風壓0.5kN/m2即500N/m2計算，則最不利情況是集熱器無水且吹北風時（因為有水時，重力增大有利於集熱器抗風），此時受風力為
F風=500N/m2×4.384m2=2192N
當集熱器處於平衡狀態時，由以上受力分析列出
F風x+Gx=Nx
F風y+Ny=Gy
其中G＝100kg×9.8N/kg＝980N
F風x＝F風cos45°＝2192N×0.707＝1550N
F風y＝F風sin45°＝2192N×0.707＝1550N
Gx＝Gsin45°＝980N×0.707=693N
Gy＝Gcos45°＝980N×0.707=693N
則
Nx＝F風x+Gx＝1550N+693N＝2243N
Ny＝Gy-F風y＝693N-1550N＝-857N
由上述數據知：
N，<0，說明在Y方向集熱器不受到鋼結構的支撐力，需要對其與支架進行固定來加固抗風。
■系統安全
防凍：電伴熱帶/防凍循環雙重防護。
防雷：系統如在原建築防雷區外，按相關標準做防雷設施。
防漏電：採用漏電開關和接地雙重保護，確保用電安全。
防水：支架底腳為膠皮墊,不會破壞屋面防水。
防垢：採用控制溫度及水循環的辦法儘量避免水垢產生（本系統安裝水處理設備）。
關鍵設備：真空管：設有防炸管程式。
水泵/電加熱：防無水運轉。
承重：集熱器及支架：聯集管集熱器，滿水情況下重量為100Kg/m2左右。一般上人
屋面完全可以承受
儲熱水箱：安裝在屋頂承重位置。
■太陽能定溫加熱
在光照條件下，當集熱器內水溫達到設定溫度值時（可在0～100℃以內任意設定，一般設定在4
0～60℃之間），控制器使控制電磁閥自動打開，自來水進入集熱器，並將集熱器內達到設定溫度的熱水頂入貯熱水箱；當集熱器內水溫低於設定值時，電磁閥自動關閉。周而復始，直至水箱滿水位。
■貯熱水箱滿水位時，太陽能溫差循環加熱
當貯熱水箱水滿時，控制器使系統自動轉入溫差循環。即當集熱器內水溫高於水箱水溫時，控制器使循環水泵自動啟動，將水箱內較低溫度的水打入集熱器，而將集熱器內高於水箱溫度的熱水頂入貯熱水箱；當集熱器內水溫不高於水箱水溫時，控制器使循環水泵自動停止。
■陰雨天或光照不足時，自動啟動輔助能源
控制器隨時對水箱水溫進行檢測，並與太陽能溫升標準或用戶設定標準比較，由於陰雨天或光照不足，水箱水溫在某一時刻沒有達到相應的太陽能溫升標準或用戶設定標準時，電加熱輔助。

太陽能熱水系統智慧型控制櫃電加熱熱水回水熱水供水水位感測器溫度感測器排空閥定溫電磁閥自來水循環水泵溫度感測器儲熱水箱

4.太陽能系統加熱原理
4．1太陽能定溫加熱
在光照條件下，當集熱器內水溫達到設定溫度值時（可在0～100℃以內任意設定，一般設定在40～60℃之間），控制器使控制電磁閥自動打開，自來水進入集熱器，並將集熱器內達到設定溫度的熱水頂入貯熱水箱；當集熱器內水溫低於設定值時，電磁閥自動關閉。周而復始，直至水箱滿水位。
4．2貯熱水箱滿水位時，太陽能溫差循環加熱
當貯熱水箱水滿時，控制器使系統自動轉入溫差循環。即當集熱器內水溫高於水箱水溫時，控制器使循環水泵自動啟動，將水箱內較低溫度的水打入集熱器，而將集熱器內高於水箱溫度的熱水頂入貯熱水箱；當集熱器內水溫不高於水箱水溫時，控制器使循環水泵自動停止。
4.3陰雨天或光照不足時，自動啟動輔助能源
控制器隨時對水箱水溫進行檢測，並與太陽能溫升標準或用戶設定標準比較，由於陰雨天或光照不足，水箱水溫在某一時刻沒有達到相應的太陽能溫升標準或用戶設定標準時，控制器使電輔助加熱自動啟動，直至達到相應的太陽能溫升標準或用戶設定標準停止。

投資效益分析

系統總能量

系統每天將10噸10℃的水升溫35℃，總共耗費的能量為：

Q=Cpm△T＝4.187×10000×35＝1465.45MJ
式中：Q—該熱水系統運行需要的能量（KJ）
Cp—水的定壓熱容（Cp=4.187KJ/(kg•℃)）
△T—水的溫差（即熱水溫度與基礎水溫之差）
m—水的質量（kg）。
若上述熱量由燃油鍋爐提供，每天耗油量為：
1465450/（46040×80％）＝39.78（Kg）
每天燃燒柴油費用：39.78×5.2＝206.89（元）
若上述熱量由燃氣鍋爐提供，每天耗油量為：
1465450/（16742×85％）＝102.98（M3）
每天燃氣費用：102.98×2＝205.95（元）
若上述熱量由電能提供，每天耗電量為：
1465450/（3600×95％）＝428.49（Kwh）
每天電費：428.49×0.6＝257.09（元）

其它能源及設備的參數

1、能源當量熱值
類別單位當量熱值（KJ）折算熱值
KJ Kg標準煤
電能 Kwh 3599.5 11925 0.407
石
油
制
品汽油
柴油
煤油
重油
渣油
燃料油
Kg
43116
46040
43111
41855
37670
41310 47422
50639
47422
46040
41436
45455 1.619
1.729
1.619
1.571
1.414
1.551
煉製品城市燃氣
焦爐氣 Kg 16742
17998 32228
21179 1.100
0.723
液化石油氣 m3 50226 55249 1.886
註：標準煤的當量熱值為29298KJ/Kg。
2、鍋爐效率及能源費用
類別燃煤鍋爐燃油鍋爐燃氣鍋爐電鍋爐
效率 65％ 80％ 85％ 95％
能源費用柴油：5.2元/Kg 城市燃氣：2元/m3 0.6元/KWh
三、不同熱水系統經濟性對比
項目太陽熱水系統燃油鍋爐燃氣鍋爐電鍋爐
系統每天需提供熱量 1465.45MJ
設備投資（元） 142500 60000 60000 15000
裝置使用壽命 15 8 8 15
15年設備總投資(元) 155000 120000 120000 30000
每年使用天數 305 365 365 365
每天燃料費（元） 18（年平均） 206.89 205.95 257.09
每年燃料費用（元） 5490 75514.85 7517.75 93837.85
15年能源費用（元） 82350 1132722.75 1127576.25 1407567.75
15年人工費用（元）需有專人負責需有專人負責
15年運行總費用（元） 155000 1252722.75 1247567.25 1437567.75
註：
1、以上各個系統投資均未考慮銀行利率；
2、燃油鍋爐系統價格包括鍋爐本體、水箱、油箱、抽油泵、鍋爐房、管道管件保溫材料等；
3、燃氣鍋爐系統價格包括燃氣鍋爐、水箱、鍋爐房、管道管件保溫材料、入戶費等；
4、在運行的過程中，考慮陰雨天氣等氣候條件，此處按全年有60天使用輔助能源來加熱。
從以上分析可以看出，在太陽能壽命期內，每個10噸太陽能加熱系統比燃油鍋爐加熱系統可以節
省109.77萬元。比燃氣鍋爐加熱系統可以節省109.25萬元。比電鍋爐加熱系統可以節省128.25萬元。

組成部分

我們常在網上看到說太陽能熱水工程系統，那么，太陽能熱水工程系統一般分為哪幾個部分呢？一般又在整個系統工程中起到一些什麼作用呢？集熱器採集太陽輔射能量加熱熱水是太陽能熱水工程系統的關鍵元件。以前北方的太陽能熱水工程系統的太陽能集熱器一般都採用多台家用太陽能熱水器串並聯。但我們按其結構形式不同一般分為平板集熱器、真空管集熱器、熱管真空管集熱器等多種形式。支架由於太陽角在不同地方不同，集熱器需要更好的接受陽光，支架需要將太陽集熱器按當地不同的緯度安裝，所以要有支架支撐。支架基本上是用型鋼焊接而成，也有採用不鏽鋼。支架必須堅固牢靠。熱系統太陽能的利用受外界的影響較大，為保障其全天候的使用，當太陽能不能達到用水溫時就要採用輔助加熱的方法。我們常見的一些輔助加熱系統設備有電加熱、空氣能熱泵、各類鍋爐、煤氣加熱、燃煤等。熱水箱由於太陽能受天氣、地理等因素的影響，輻照不穩定、不連續，瞬間能量較低，必須不斷的積累能量，所以要求必須配備保溫儲熱水箱。保溫儲熱水箱按其材料的不同一般有不鏽鋼水箱鋼料水箱甚至水泥水箱，保溫材料一般採用聚胺脂發泡材料。但重要原則不能造成水質的污染，保溫良好。控制系統太陽能熱水工程必須按其不同的使用要求，來滿足用戶的需求，就是需要設計不同的運行方式來控制，水溫、水量、壓力、加熱的方式等，控制系統一般有手動控制和自動控制。系統管路太陽能熱水工程系統在陽光的照射下，不斷地取得熱量，按其不同的運行方式進行熱循環，所以要在系統中安裝其管道、閥門、加壓循環泵組等，就形成了熱水工程的管路系統。系統管路選取，安裝的合理與否，及保溫的好壞將直接影響系統的熱效率。防腐保溫太陽能熱水工程絕大部分都安裝在露天風吹日曬，冷熱溫差大，為保證系統的正常使用，及一定使用壽命，必須對支架、管道等裸露部分進行防腐保溫。
一般情況下，太陽能熱水工程系統就是以上幾個重要組成部分，各個不同的公司所設計的熱水工程系統會有所不同，但這幾個主要部分都是必不可少的。

太陽能熱水工程系統圖片