淺析華南學校太陽能熱水系統運行原理

tags:    時間:2014-03-11 11:25:38
淺析華南學校太陽能熱水系統運行原理簡介
      摘要本文分別對3種典型的華南地區學校太陽能熱水系統運行原理進行具體的闡述,並對其運行過程中存在的問題進行分析。  前言  在太陽能熱水工程應用領域,……
淺析華南學校太陽能熱水系統運行原理正文
    


摘要本文分別對3種典型的華南地區學校太陽能熱水系統運行原理進行具體的闡述,並對其運行過程中存在的問題進行分析。


前言


在太陽能熱水工程應用領域,學校的應用較為普遍,而華南地區學校因其得天獨厚的地理優勢和氣象條件,一直以來都是各太陽能公司重點爭奪的細分市場。而太陽能系統設計會直接影響到系統的運行效果,因此,現對華南地區學校太陽能熱水系統運行原理做一詳細闡述。


1單水箱系統


1.1系統運行原理圖


圖1單水箱系統運行原理


1.2運行原理說明


1.2.1集熱系統溫差循環


當集熱器上循環末端出水口溫度T1和太陽能水箱的溫度T2的溫差到達設定值時(如5℃),太陽能循環泵啟動,通過循環加熱太陽能水箱內的水,當溫差低於設定溫度時(如2℃),太陽能循環泵停止,集熱系統停止循環。


1.2.2定時補水控制:在設定的時間段(可設定每天用水結束后)檢測水箱的水位S1,當水箱S1中的水位未滿時,開啟補水電磁閥,補水至水箱水滿時關閉補冷水電磁閥。


1.2.3空氣源熱泵機組控制


輔助加熱1:在每天上午(如10:00)檢測水箱的水溫T3,如果水溫低於設定溫度20℃時,控制系統開啟空氣源熱泵機組,對水箱進行加熱,加熱至設定溫度(如30℃)時停止。


輔助加熱2:在每天中午(如12:00)檢測水箱的水溫T3,如果水溫低於設定溫度30℃時,控制系統開啟空氣源熱泵機組,對水箱進行加熱,加熱至設定溫度(如35℃)時停止。


輔助加熱3:在每天下午(如14:00)檢測水箱的水溫T3,如果水溫低於設定溫度35℃時,控制系統開啟空氣源熱泵機組,對水箱中的水進行加熱,加熱至設定溫度(如45℃)時停止。


輔助加熱4:在每天下午(如下午16:00)檢測水箱的水溫T3,如果水溫低於設定溫度45℃時,控制系統開啟空氣源熱泵機組,對水箱中的水進行加熱,加熱至設定溫度(如50℃)時停止。


1.2.4供、回水控制(在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動蝶閥,受管網壓力、溫度、供水時間段控制,當管網有用水並達到供熱水時間時,啟動加壓泵供應熱水。在管網末端設定溫度回水電磁閥,管網末端溫度低於40℃時電磁閥開啟,高於45℃時回水電磁閥關閉。


1.3系統運行思考


對於單水箱系統,從結構上看,系統較簡單,對降低工程造價有一定的幫助。但是集熱器和輔助能源對同一水箱中的水加熱,系統整體控制複雜程度增加,集熱器和輔助能源的工作的時間上存在著交叉,降低對集熱器利用率。例如當供熱水箱水中的溫度達到45℃時,而集熱系統是靠溫差來循環的,只有溫差達到一定的範圍才能將集熱器中的熱水帶到水箱中,假設集熱器中的熱水已達到42℃,但溫差沒達到要求,那42℃的熱水就不能進入到供熱水箱中,如果剛好此時供熱水箱在這一時段水位沒達到一定的水位,補水電磁閥又開啟補充冷水到供熱水箱中,輔助能源這時啟動消耗電能將水加熱,這樣就造成了能源的浪費。


2帶過渡泵的雙水箱系統


2.1系統運行原理圖


圖2帶過渡泵的雙水箱系統運行原理


2.2運行原理說明


2.2.1集熱系統分兩種模式運行


1.當過渡水箱滿水位時,為溫差強制循環模式


當集熱器上循環末端出水口溫度T1和過渡水箱底部溫度T2的溫差(T1—T2)≥5℃(可調)時,太陽能循環泵啟動,通過循環加熱過渡水箱內的水,當溫差(T1-T2)≤2℃(可調)時,太陽能循環泵停止。


2.當過渡水箱未達到滿水位時,為定溫放水模式:


當集熱器上循環末端出水溫度T1≥55℃時(可調),定溫補水泵啟動,將集熱器中的高溫水頂入到過渡水箱中;當T1≤45℃或過渡水箱滿水位時,定溫補水泵停止。


2.2.2過渡泵控制:


當系統檢測到過渡水箱水溫T3≥50℃(可調)且供熱水水箱水位未滿水時,過渡泵啟動,將過渡水箱中的熱水抽到供熱水水箱中;當供熱水水箱滿水位或過渡水箱處於下限水位時,過渡泵停止。


2.2.3空氣源熱泵機組控制及補水電磁閥控制


輔助加熱1:在每天上午(如10:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定30%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到30%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


輔助加熱2:在每天中午(如12:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定50%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到50%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


輔助加熱3:在每天下午(如15:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定75%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到75%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


輔助加熱4:在每天下午(如18:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定100%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到100%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


2.2.4供、回水控制


在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動蝶閥,受管網壓力、溫度、供水時間段控制,當管網有用水並達到供熱水時間時,啟動加壓泵供應熱水。在管網末端設定溫度回水電磁閥,管網末端溫度低於40℃時電磁閥開啟,高於45℃時回水電磁閥關閉。


2.3系統運行的思考


帶過渡泵的雙水箱系統相比單水箱系統,解決了集熱器和輔助能源工作上的交叉,有利於發揮各自的功能,輔助能源的控制也變得很簡單,只受供熱水箱水溫控制。再者,系統在供水方式的形式上可根據學校的具體要求選擇定時供水或是全天候供水,主要歸功於供熱水箱中的水溫波動較小。


實際運行過程中,有時由於供熱水箱中的的水位探頭位置沒有調節好,造成過渡泵不啟動,過渡水箱中的熱水無法被輸送到供熱水水箱中,造成太陽能資源的浪費。


實際運行過程中還有一種情況較常見,就是學校放假期間,學校用熱水量減少或幾乎不用水,而這期間,天面上的太陽能系統還是在正常運行的,這就帶來了過渡水箱中水溫過熱的的問題。


定溫補水泵的選型也應注意其揚程及流量,應避免其頻繁地啟動,盡量讓其每一次運行的時間稍長點,形成冷水頂入集熱器時,在流動的過程就可以緩緩升溫被加熱為熱水,所以定溫補水泵的流量可以適當的選小點。


3無過渡泵的雙水箱系統


3.1系統運行原理圖


圖3改進后無過渡泵的雙水箱系統運行原理圖


3.2運行原理說明


3.2.1集熱器系統溫差循環


當集熱器上循環末端出水口溫度T1和過渡水箱底部溫度T2的溫差(T1-T2)≥5℃(可調)時,太陽能循環泵啟動,通過循環加熱過渡水箱內的水,當溫差(T1-T2)≤2℃(可調)時,太陽能循環泵停止。


3.2.2定溫頂水控制 


當過渡水箱平均水溫T3≥55℃時(可調),補水電磁閥開啟,將過渡水箱中的熱水頂入到供熱水水箱中,直至T3≤40℃時(可調)或供熱水水箱滿水位時,補水電磁閥關閉。


3.2.3空氣源熱泵機組控制及補水控制:


輔助加熱1:在每天上午(如10:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定30%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到30%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


輔助加熱2:在每天中午(如12:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定50%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到50%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


輔助加熱3:在每天下午(如15:00)檢測供熱水箱的水位S2,如果水位低於設定75%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到75%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱中的水加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


輔助加熱4:在每天下午(如18:00)檢測供熱水箱中的水位S2,如果水位低於設定100%時,打開補水電磁閥M1進行補水,直至水位達到100%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度T4(如50℃)時停止。


3.2.4供、回水控制


在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動蝶閥,受管網壓力、溫度、供水時間段控制,當管網有用水並達到供熱水時間時,啟動加壓泵供應熱水。在管網末端設定溫度回水電磁閥,管網末端溫度低於40℃時電磁閥開啟,高於45℃時回水電磁閥關閉。


3.3對系統的思考


無過渡泵的雙水箱系統是總結了前面兩個系統的經驗而設計出來的,以雙水箱之間高位連通管來代替過渡泵,從而降低了系統控制的複雜性。


設計時必須合理的分配雙水箱容積的比例,以及確定高位連通管的開孔位置,高位連通管的管徑也盡量選大點,增加其過流能力,大致是比補冷水管管徑大上兩個規格。

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