热管真空管太阳热水系统设计样本.doc

热管真空管太阳热水系统设计

摘要： 热管真空管是一个高效太阳能集热元件，它含有工作温度高、承压能力大、耐冷热冲击、抗冰雹等独特优点。热管真空管组成太阳热水系统，运行可靠，安装方便，适应性强，深受用户欢迎。本文简明介绍热管真空管太阳热水系统相关设计问题，供大家参考。
1　热管真空管太阳热水系统工作原理
　　（1）热管真空管
　　热管真空管结构图1所表示。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。吸热板吸收热量快速将热管内少许工质汽化，并快速上升到冷凝端，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。利用热管内少许工质汽—液相变循环过程可连续地将吸收太阳能传输到冷凝端加热水。为使热管内冷凝后液体工质流回蒸发端，热管真空管工作时和地面倾角应大于10°。

图1热管真空管结构图
　　（2）热管真空管集热器
　　图2所表示为热管真空管集热器结构示意图。由该图可见，每支热管真空管冷凝端经过导热块将热量传输给集管，不停加热其中水。真空管冷凝端和导热块刚性连接，被加热水不流经真空管，所以安装十分简单，即使真空管发生损坏，太阳集热器工作并不会所以而中止。

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所表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，循环泵将储水箱中低温水输入集热器进行循环加热。循环泵工作由光控仪控制，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　系统主体设计依据
　　在进行太阳热水系统设计时必需掌握部分基础资料，作为设计依据。
　　（1）用户要求
　　关键包含：用水量、水温、用水时间要求；要不要辅助加热，采取何种辅助能源。
　　（2）建筑物情况
　　关键包含：热水系统安装平面（屋面）具体尺寸，屋面荷载和承重梁分布情况，屋面正南方向有没有建筑物遮挡，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确实定
　　（1）系统朝向
　　在北半球，集热器阵列朝向正南。
　　（2）集热器面积
　　（a）北京地域采取热管真空管集热器（在日照17000KJ／m2.d条件下），每平方米集热面（4支热管真空管）从早晨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。
　　我们依据用户实际需要来选定平均日产水量。若系统整年使用，尤其是要确保冬季用水量，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，用水量可参考国家颁布《室内给排水热水供给设计规范》相关要求，水温在40℃以上时，平均每人每次用水量为35—40L。当然，用水量还要依据用户要求最终确定。
　　（3）集热器倾角
　　若系统整年使用，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，前后排集热器间距可按表1确定。
　　（5）建筑物屋面荷载
　　安装太阳热水系统建筑屋面，活荷载要求在150kg／m2以上。
4　集热器排列方法、水箱部署及管路设计
　　（1）集热器排列方法
　　集热器排列方法有串联、串并联和混联，图4所表示。可根据需要选择。

图4集热器排列方法
　　（2）水箱部署
　　首先，水箱应安装在建筑承重墩上，若没有预留基础承重墩，则应依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可能短，和水箱较近，避免过长管路外露而发生冻裂。
　　（3）循环管路设计
　　热水系统中循环管路关键是指从循环泵吸水口经过集热器集管，回到储水箱管路。在循环管路最高点要设置放气管，放气管应高出最高点600—800mm，整条管路要有一定斜度（>0．5％），目标是在循环泵停止运行时，使管路中水能够自动流回水箱。
5　系统设计
　　（1）系统平面部署
　　太阳热水系统平面部署图5所表示。其中前后排集热器间距L可由表1确定。
表1
集热器倾角α
30°
40°
45°
前后排集热器间距L(mm)
1800－
2500－3000
3000－3200

图5系统平面部署图
n1、n2、n3为单排集热器（单元）数，L为集热器单排之间间距
　　（2）系统基础设计
　　系统基础设计图6所表示。该图关键标明集热器和水箱基础尺寸及相对位置。若有屋面结构图，应标明这些尺寸和屋面结构图中相关基准位置。

图6系统基础图
　　单排基础墩横向距离为mm，若单排横向距离总长度不是mm整数倍时，最终一对基础墩之间横向距离应在mm之内，其具体尺寸由图6中L1、L2、L3尺寸确定。基础预埋板应进行超平，使其等高。
　　（3）集热器支架设计
　　集热器支架是依据系统部署图中集热器排列方法和数量和集热器倾角进行设计。关键确定集热器倾角标准单元支架（三角架），它经过横拉筋现场焊接而成。其单排总长度由单排集热器数确定，横向支架整体斜度经过三角架之下支撑角钢来进行调整，要确保斜度>0.5％。
　　（4）水箱结构设计
　　水箱容积确实定：以浮球阀控制液面以下水量作为水箱容积大小。水箱内管件关键包含：和循环管路相连上水循环管路（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、安装探头焊接管箍等。
　　水箱内各管件相对位置设计应遵照标准：（a）在系统运行时，热水管取到最低液面时，循环泵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，电加热安装位置应确保不进行干烧。（b）各管件应确保垂直方向相对高度，水平方向位置可灵活部署。