太阳能热水收集器

•在英国,约6%的国家交付能源使用是由家庭水加热。
•一辆20世纪末的三卧室半挂车平均排放约4200公斤的CO2每年。其中,热水消耗了864公斤。
•太阳能集热器是一项久经考验的技术。
•既适用于新建,也适用于改装。
•一个系统通常将提供40-50%的年生活热水需求。

太阳能集热器技术


太阳能水加热系统的主要部件是集热器。集热器的作用是将落在上面的太阳能量以热的形式传递到集热器中的流体上。“间接”循环系统是最常见的:

太阳能集热器是如何工作的

太阳能集热器的主要通用部件是吸收板。涂有涂层的金属板吸收太阳辐射,使其温度高于环境温度。然后,板块通过辐射和对流释放能量到它的周围环境。因此,热量被转移到热传导液中,热传导液反过来供给热水系统。


收集器的类型:两大类


平板收集器


平板集热器组件

平板集热器包括吸收体、透明盖、框架和绝缘材料。通常使用低铁太阳能安全玻璃作为透明罩,因为它能传输大量短波光谱。

只有很少的热量从吸收体释放出来,逃过了盖(温室效应)。

此外,透明的覆盖物防止风和微风带走收集的热量(对流)。与框架一起,盖子保护吸收塔免受不利的天气条件。典型的框架材料包括铝和镀锌钢;有时使用玻璃纤维增强塑料。

吸收器背面和侧壁上的绝缘材料通过传导减少了热损失。绝缘材料通常是聚氨酯泡沫或矿物棉。

真空管集热器


太阳能热管组件

在这种类型的真空集热器,吸收带位于一个抽真空和耐压玻璃管。传热流体在u型管中直接流经吸收器,或在管中管系统中以逆流的方式流经吸收器。几个单管,串行互连,或管通过歧管相互连接,组成太阳能集热器。热管集热器含有一种特殊的液体,即使在低温下也开始汽化。蒸汽在各个热管中上升,通过热交换器使主管中的载液升温。然后冷凝的液体回流到热管的底部。

管道的角度必须高于水平的特定程度,这样蒸发和冷凝过程才能发挥作用。有两种类型的集热器连接到太阳循环系统。热交换器直接延伸到管汇(“湿连接”)或通过导热材料连接到管汇(“干连接”)。“干式连接”允许在不清空整个系统流体的情况下交换单个管。疏散管提供的优势是,他们工作效率高吸收温度和低辐射。

平板v真空管


关于平板和真空管收集器的相对性能的争论仍在继续,但双方似乎都无法提出“致命”的论点。

一般来说,可以有把握地说,对于一个给定的吸收塔面积,疏散管更有可能在环境温度和加热要求的广泛范围内保持其效率。在持续阳光充足的气候条件下,平板集热器的效率更高,而在更多云的条件下,它们的能量输出与真空管相比迅速下降。


热量分布


太阳能加热一次回路将热量从太阳能集热器转移到预热筒。他们可能是。”直接或者在英国更常见“间接”

“直接”分布。

箴通过减少传热损失,简化了二次回路,提高了效率
反对除非在泵关闭时将水排回,否则会结冰,这就限制了收集器与饲料槽的位置
反对由于新水不断流经集水器,它们很容易在集水器水道中产生“水垢”,导致效率下降

“间接”分布。

英国的大多数循环系统都是间接的。间接电路使用一个单独的“传热流体”电路将热量从集热器转移到预热筒。它们的主要优点是可以使用广泛的材料和液体作为循环的一部分。有不同类型的循环可以使用:

“间接”分配的循环系统

被动循环(又名“重力循环”)

被动系统依靠重力和水在加热时自然循环的趋势,允许水或传热流体在没有泵的情况下通过系统。由于无源系统不包含电子元件,因此通常比主动系统更可靠、更容易维护,而且可能更持久。

箴不需要电动泵来循环热传导流体
反对需要仔细规划以优化性能。系统容易表现迟缓,对加热的控制也很差
反对热储罐需位于集水器上方

主动和被动配电系统

主动循环(又名“泵循环”)

泵送间接回路,包括防冻剂和缓蚀剂的传热流体,是英国最受欢迎的系统类型。
该泵由差动温度控制器控制,使热传导流体从集热器面板通过热水缸中的热交换器循环,并返回太阳能集热器进行再加热。差示温度控制器的温度传感器位于太阳能集热器和热水缸上。它们确保只有当集热器中的流体比汽缸中的流体热时,流体才循环。

箴整体防冻
箴过热控制
箴热量从集热器以最优速度输送
箴集热器和管道布局选择更多
箴减少通过管道的热量损失
反对增加了复杂性
反对泵需要电力(尽管这可以通过光伏电源缓解)
反对更昂贵的



贮存柜配置


典型的太阳能水加热系统的预热配置可以通过两种方式实现,一个单独的预热筒可以放在现有的冷水供应和正常的热水储存之间,或者可以用一个更大的双换热盘管筒取代现有的热水储存筒。无论选择哪种设计,都需要额外的存储容量。可容纳这些额外存储容量的可用空间通常是选择系统和存储圆筒位置的决定因素。


设计太阳能热水系统

1存储筒的上浆

允许每人每天饮用40 - 60升。每平方米收集器允许至少80升,最好是100升。一个四口之家的典型尺寸是200到300升。

2选择存储筒的类型

通风,主压力或热储存。水管压力(不通风)气瓶和热储气瓶较贵,但它们可使热水维持在与水管供应相同的压力下。

3选择收集器类型和系统(见上文)

•选择集热器的类型-通常是平板或真空管。
•选择直接或间接分配系统(在英国通常是间接分配)
•选择重力或泵送循环
•确定预热储存策略——基本上选择是单缸双盘管或在传统缸前放置一个独特的预热罐。


4定位采集器

全年提供最佳能量收集的收集器位置大致朝南,与水平方向倾斜35度。朝向和倾斜角度通常由屋顶角度决定。收集器可以朝向南、东南和西南之间的任何地方,有英国房屋屋顶常见的倾斜角度,即15 - 50度,而不会损失超过5%的最佳年度能量收集。然而,更陡的角度可以考虑以牺牲夏季盈余为代价来优化春季和秋季的性能。树木、建筑物等的遮阳会对系统效率造成重大损失,应避免。

5管道尺寸

需要管道来引导和控制太阳能子系统各个组件之间的传热流体的流动。管道设计的目标是在最小的寄生功率要求和最小的资本成本之间实现所有这些功能的最佳折衷。管道尺寸应根据太阳能供暖系统所需的流量、最大允许流速以及经济方面来确定。

传统的太阳能水加热系统会损失大量的热量,因为使用的管道可以很宽。这里要考虑的问题包括表面积和管道体积。减少表面积意味着减少热损失。使用窄微孔管与低流量泵配合使用,而不是更宽的管道,通常可以减少50%以上的热损失。

6循环泵上浆

泵应该以最小的电能消耗以设计流量循环传热流体。对整个管道工作的分析可以确定系统总水头,描述系统总压降随运行流量的变化。一个合适的泵应该提供所需的流量在必要的扬程,同时运行在或接近其最佳效率。

设计布局将展示什么

•整体系统配置以及与负载和辅助能源的接口。

•主要系统部件及其相对位置(集热器,热交换器,泵,热水瓶/储罐)

•各种管道组件(阀门、通风口、膨胀罐、安全阀等)的相对位置

•所需传感器和仪器的相对位置。

一些设计方面的考虑

•在安装太阳能集热器系统之前,确保已采取能源效率措施。特别是,作为第一步,请参考出版物“中央供暖系统规范”(象棋)(CE51/ 2008年)(见下面的“下载”)。

•在太阳能热水短缺的情况下,通常在冬季,可能需要提供DHW。将有许多选择,从电阻加热到燃气或生物燃料驱动的锅炉。如果选择电加热,应考虑电网提供的碳成本。
•确保热水缸周围至少有100mm的绝缘层。

•所有管道都是绝缘的-建议在25mm左右

•安装止回阀以避免热虹吸。

•确保所有面料渗透处密封,避免漏气。

•如果集水器安装在屋顶,应仔细检查屋顶织物的穿透处,以避免水进入。


相关标准和独立绩效信息

所有集热器都应根据BS EN 12975或BS EN 12976的热性能进行独立测试。要了解更多关于特定集热器的性能特征,请访问CEN关键标志计划网站,为太阳能热工产品www.estif.org/solarkeymark/

成本

虽然与传统的家用热水供暖方式相比,初期的资本投资很高,但燃料当然是免费的,运行费用一般也很低。

抽水系统需要电力。这可以通过“绿色”电价或安装在集热器附近的小型光伏模块,以及光传感器来提供。

目前安装费用为平均水平家里会达到£2000,£3000一个平板和3000到5000英镑之间的疏散管道安装。

进一步的信息

•太阳能行业协会(www.solar-trade.org.uk


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