分離式太陽熱水系統(tǒng)日有用得熱量解析

分離式太陽熱水系統(tǒng)日有用得熱量解析摘要：分離式太陽熱水系統(tǒng)安裝方便靈活，太陽集熱器安置房頂，水箱放置地面，房頂不承受水箱重量，更加安全可靠。但由于集熱器與水箱之間管路距離較大等原因，引起有用熱量的損失，其日有用得熱量要小于同規(guī)格緊湊式熱水器。歸納起來，影響日有用得熱量的原因主要有以下幾個(gè)方面。關(guān)鍵字：太陽熱水系統(tǒng)循環(huán)流速根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T18708-2002，家用太陽熱水器按特征7可分為：1.分離式熱水系統(tǒng)；2.緊湊式熱水系統(tǒng)；3.悶曬式熱水系統(tǒng)。分離式太陽熱水系統(tǒng)安裝方便靈活，太陽集熱器安置房頂，水箱放置地面，房頂不承受水箱重量，更加安全可靠。但由于集熱器與水箱之間管路距離較大等原因，引起有用熱量的損失，其日有用得熱量要小于同規(guī)格緊湊式熱水器。歸納起來，影響日有用得熱量的原因主要有以下幾個(gè)方面：1．太陽集熱器瞬時(shí)效率2．集熱器與水箱之間管路距離與保溫狀況3．管路中是否充滿熱媒，有無氣阻4．環(huán)境溫度5．熱交換器效率6．循環(huán)泵流速7．一段時(shí)間內(nèi)管路中熱媒停止循環(huán)次數(shù)與停留時(shí)間一旦分離式太陽熱水系統(tǒng)安裝完畢，以上影響日有用得熱量的前5種原因是不可變量或不可控量，只有第6、7種原因是可控變量?？煽刈兞颗c日有用得熱量的關(guān)系如何？怎樣調(diào)整才能使日有用得熱量最大？下面進(jìn)行討論：一．分離式雙循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)的組成:該系統(tǒng)由太陽集熱器、管路（以10米為例）、循環(huán)泵、水箱、熱交換器、溫差循環(huán)控制器組成。目前，分離式雙循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)大都采用溫差循環(huán)方式，通過對(duì)溫差控制器參數(shù)的設(shè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)狀態(tài)的控制，實(shí)踐證明：溫差參數(shù)和循環(huán)流速對(duì)日有用得熱量有直接的影響。一熱媒停止循環(huán)次數(shù)與停留時(shí)間對(duì)有用得熱量的影響：太陽輻照度I可表述為時(shí)間t的函數(shù)：I=f(t),單位：W/m2。太陽輻照量H等于太陽輻照度I從0時(shí)刻起到某時(shí)刻x一段時(shí)間的積分，即(附圖一)，單位：MJ/m2。假定太陽集熱器瞬時(shí)效率為0.70，采光面積為Ac，在太陽輻照度基本穩(wěn)定與忽略管路散熱的情況下，熱水系統(tǒng)的有用得熱量近似為(附圖二)。而實(shí)際上對(duì)于分離式太陽熱水系統(tǒng)，由于管路較長(zhǎng)（10米左右），保溫性能也不是理想狀況，如果循環(huán)停止，熱媒停留在管路中，當(dāng)外界環(huán)境溫度低于管路中熱媒溫度較多時(shí)，熱媒通過管路對(duì)外散熱降溫，使其溫度低于水箱中的貯水溫度；當(dāng)循環(huán)再次啟動(dòng)后，低于水箱中貯水溫度的熱媒通過水箱中的熱交換器后，吸收水箱中的有用熱量，使熱媒溫度升高，有用熱量的損失為：Q損=ρwcpwv(tb-te),te—熱媒通過熱交換器前的溫度；tb—熱媒通過熱交換器后升高的溫度；v--管路中熱媒的體積。在一段時(shí)間x內(nèi)，若循環(huán)停止n次，則分離式熱水系統(tǒng)的有用得熱量變?yōu)椋簣D一圖二由此看出，循環(huán)停止次數(shù)n越多，循環(huán)停止時(shí)間越長(zhǎng)（tb-te值越大），管路越長(zhǎng)(v越大)，導(dǎo)致系統(tǒng)的有用得熱量Qs損失就越大。所以，減少有用熱量在管路中的損失，使nQ損=nρβcpwv(tb-te)值最小，是提高系統(tǒng)日有用得熱量Qs的有效途徑。灰1毀．啟動(dòng)溫垃差忍Δ喘t醒1饞對(duì)熱媒在管路澇中停留時(shí)間的搭影響：烈由以上分析可坑知：減少有用努熱量在管路中鉆的損失，架使盜nQ蛙損桶=懼n炭ρ雖β喬c只pw胡v(t皺b憂-t季e父)三值最小，關(guān)鍵迷是要減少熱媒攻停留在管路中憤的時(shí)間，即減劈少循環(huán)停止次純數(shù)和循環(huán)停止魔時(shí)間。劍設(shè)太陽集熱器玉瞬時(shí)效率賄為拔0.7盟0扒，太陽輻照度準(zhǔn)為殖I嫁，集熱器中熱前媒體積籌為縣v,慚士集熱器采光面忽積惡為回A送c乘，則集熱器中烏熱媒從循環(huán)停鉤止到溫升壟為竿Δ排t繼1幟時(shí)所需的時(shí)賠間隱t也可由能量轉(zhuǎn)換晝公麻式廉0.7A宰c躲I*t贈(zèng)=他ρ蝦w達(dá)c績(jī)pw殼v康Δ每t乎1霸英導(dǎo)出：煌停留時(shí)蹈間楊t=租(推ρ揭w情c很pw浙v蔑Δ墓t盾1編)恢/州（撲0.7A賠c生I桌）伏可以看出：熱夫媒在管路中的李停留時(shí)其間腹t儉與啟動(dòng)溫穿差仍Δ摩t柿1短成正比，與太膝陽輻照解度窗I織成反比，減小東啟動(dòng)溫詠差矩Δ竟t老1蘆可減少熱媒在畜管路中停留時(shí)馳間，從而減少億有用熱量損失話。這對(duì)于環(huán)境劃溫度較低、日醒照度較弱時(shí)尤雀為重要。洗2巖．停止溫累差苗Δ效t標(biāo)2瞞對(duì)循環(huán)停止次叉數(shù)的影響：刷實(shí)驗(yàn)證明：設(shè)挺定停止溫晃差工Δ麥t叛2度=骨1怠℃冬時(shí)，在多云天心氣，太陽集熱驗(yàn)器采光面上平刃均日照莫度進(jìn)I辦為歡270W/m搬2紛、環(huán)境溫度為賴1澇4求℃塵的一段時(shí)間內(nèi)吼，當(dāng)循環(huán)流速槽為快速（害14L期/聞m毫）時(shí)，實(shí)測(cè)集牌熱器出口溫度庸2屈5緊℃義，水箱水溫初2奏3雞℃本，即實(shí)際溫牧差尤Δ肆t辛2眾=扶2罰℃并，系統(tǒng)仍能正聯(lián)常循環(huán)。若設(shè)仗定停止溫員差啞Δ優(yōu)t攜2王高一些，則循聯(lián)環(huán)就已停止，鋪熱媒停留在管偶路中并散熱，蛾造成有用熱量縫損失?？蓞栆娛纽ひ鰐乖2趨值越大，停止脖時(shí)間越提前，紗停止次數(shù)越多突；在太陽輻照禁度較弱、環(huán)境最溫度較低的情談況下更是如此查。慶見下面測(cè)試結(jié)輩果：傭停止溫田差嘴Δ削t置2掌1望℃賢4告℃謊6簽℃剃單位面積日得膠熱景量護(hù)MJ/m程2閥8.79迅8.58咐8.22迫日平均效悅率制η什0.52脅0.50默0.48茶測(cè)試條件：流聽速丈10L噸/m但(席Ⅰ制檔裳)爆，啟動(dòng)溫差第9花℃困，輻照雷量急18MJ/m償2穗以上，環(huán)境溫膠度：精1扔5李℃楊~臺(tái)2責(zé)0脫℃獸，測(cè)試時(shí)間礦：扛8監(jiān)小時(shí)。射分析與測(cè)試證牙明：減腔小拴Δ慎t皂1罵、擔(dān)和蒙Δ鹿t梨2控值既可減少熱蒸媒循環(huán)停留時(shí)稅間，又可減少盛循環(huán)停止次數(shù)酒，從而減少有增用熱量損失。頁二梅銹循環(huán)流速對(duì)有潔用熱量損失的塘影響：芒當(dāng)榨Δ幅t勞1另、促、請(qǐng)Δ盯t乓2勵(lì)確定后，循環(huán)防流速對(duì)有用得隱熱量又有何影腔響呢？我們知惹道：循環(huán)時(shí)熱吹媒通過管路所哈用時(shí)間越短，駕散熱就越少。擊設(shè)循環(huán)流速頭為炭ν層，單位篩：蛋L/括m映，設(shè)長(zhǎng)兔1病0峰米客管路中所容熱貴媒體積瓜為荒V深，那么，循環(huán)鮮時(shí)熱媒通過管山路所用時(shí)敬間與t=V/v局,揪單位圾：乖m桂(汽分扇鐘打)船，可知：管路段長(zhǎng)度一定時(shí)，只時(shí)峽間杠t兵與流速成反比晶。因此，提高躍流速可以減少貢有用熱量在管虜路中的損失。豎測(cè)試結(jié)果見下刷表：睜循環(huán)泵流濱速浙L/m材1用0批（霜Ⅰ捉檔）呈1車2柿（圣Ⅱ食檔）良1姿4聽（付Ⅲ以檔）奸單位面積日得狗熱剩量嶺MJ/m翻2扮8.79鋒8.88喂9.13瞞日平均效捧率狼η正0.50侵0.52線0.54園測(cè)試條件：?jiǎn)⒏絼?dòng)溫差劃3翠℃張，停止溫差押1搞℃針，輻照贏量討18MJ/m杜2煉以上，環(huán)境溫閥度：鄙1懸5馬℃籌~間2顯0縫℃息，測(cè)試時(shí)間串：寧8拼小時(shí)。循環(huán)泵錯(cuò)型號(hào)職：棋UPS25常-4018亂0蛾總而言之，影益響系統(tǒng)日有用期得熱量仇的痛3頂個(gè)因素垃：才Δ鮮t攀1桿、孩、百Δ氣t驅(qū)2璃、流孩速煌ν皂，它們之間是較對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)劍系，實(shí)際運(yùn)行酷中互相影響。無例如：增駐大泡Δ污t哀1嫂值則熱媒在管洗路中停留時(shí)間結(jié)長(zhǎng)，但在日照悲度較好的情況蕩下，增巖大傻Δ鍬t賓2伙值又可減少停奔留時(shí)間；又如高：增大循環(huán)流送速可減少熱媒繡通過管路的時(shí)蟻間，但在日照肥度較弱和環(huán)境粱溫很低的情況乓下，由于熱媒夠通過集熱器時(shí)聲間少，導(dǎo)致集雨熱器出口溫度創(chuàng)低督于淚Δ廈t正1懶而停止循環(huán)。下因此我們不能喂孤立地設(shè)定某勁一變量，而應(yīng)滴相互兼顧。流腫速設(shè)定的原則研是：絮當(dāng)士Δ咱t攏1煎、服、應(yīng)Δ易t金2思確定后，在考蔥慮日照度較弱墨和環(huán)境溫度