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太陽能熱水工程自然循環(huán)壓力、熱效率怎么計(jì)算?_空氣能最好的三個(gè)品牌有哪些

空氣能網(wǎng)8個(gè)月前 (10-22)空氣能資訊14
自然循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)在我國使用得較為廣泛,在相對(duì)于太陽能豐富的省份、地區(qū),他更是作為一種主要的熱水提供系統(tǒng)(太陽能熱水工程、太陽能熱水器等產(chǎn)品),也是全球最為普及的太陽能熱利用技術(shù)產(chǎn)品之一。

太陽能熱水工程自然循環(huán)系統(tǒng)是利用水這種自帶流動(dòng)性的流體作為承熱介質(zhì),根據(jù)水的物理特性可知,水在受熱之后,溫度升高、比重變輕,密度變小,自動(dòng)產(chǎn)生熱虹吸的物理現(xiàn)象(虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升后再流到低處.由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會(huì)由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等)并以此作為循環(huán)動(dòng)力,來進(jìn)行太陽能光一熱轉(zhuǎn)換,獲取太陽輻射熱。

太陽能熱水工程自然循環(huán)系統(tǒng)只需滿足一個(gè)條件就可以運(yùn)行,即系統(tǒng)只要配備一支高位,并有利于溫度分層的保溫循環(huán)儲(chǔ)熱水箱及連接集熱器和儲(chǔ)熱水器之間的循環(huán)管道,并確保整個(gè)系統(tǒng)處于與大氣連通的開放狀態(tài),就能確保熱虹吸對(duì)流循環(huán)換熱現(xiàn)象的自然發(fā)生和有效運(yùn)轉(zhuǎn)。



如圖1所示的裝置就為一臺(tái)典型的自然循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)一般由一組或多組太陽能平板集熱器,配備高位保溫循環(huán)儲(chǔ)熱水箱,利用浮球閥控制補(bǔ)給水箱和相應(yīng)的腳架系統(tǒng)(含集熱器腳架和保溫水箱腳架)等四大總成部件組成。在保溫循環(huán)儲(chǔ)熱水箱上,一般還應(yīng)開有冷水人水孔、熱水出水孔,上循環(huán)孔、下循環(huán)孔,排污孔、放氣孔、溢流孔等7個(gè)管接頭的孔位。太陽能平板集熱器通過上循環(huán)管和下循環(huán)管,與保溫循環(huán)儲(chǔ)熱水箱實(shí)現(xiàn)雙方的對(duì)角循環(huán)回路連接。

太陽能熱水工程自然循環(huán)系統(tǒng),在接通冷、熱水管后,就能長(zhǎng)期安全穩(wěn)定地自動(dòng)運(yùn)行,系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高,太陽能光熱交換效率也遠(yuǎn)比悶曬式系統(tǒng)要高得多。自然循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行溫差對(duì)流換熱的動(dòng)力,來自處于連通容器中的冷、熱載熱介質(zhì)流體比重的大小。由于連通容器兩端受熱不均,造成流體分子之間的溫差,而不同溫度的比重,又導(dǎo)致不同熱虹吸壓力頭的出現(xiàn)。

因此在太陽能熱水工程自然循環(huán)系統(tǒng)中,系統(tǒng)獲得的熱虹吸作用力需要運(yùn)用公式計(jì)算而出,計(jì)算公式如下:

FT=h*(r2-r1);

FT:代表熱虹吸壓力(kg/m3);

h:代表平均高差(m),即集熱器中心線到保溫儲(chǔ)存循環(huán)水箱中心線之間的差值;

r2::冷水的比重(kg/m3);

r1:熱水的比重kg/m3);

【注:云南太陽能昆明太陽能廠家、大多數(shù)太陽能熱水工程系統(tǒng)都按照這個(gè)公式來設(shè)計(jì)太陽能熱水工程原理圖】



顯然,當(dāng)r2-r1等于溫差恒定時(shí),熱虹吸壓力頭HT取決于h值的大小。只有當(dāng)h值大到足以克服系統(tǒng)的水總量損失時(shí),自然循環(huán)或者說熱虹吸現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生,也就是說太陽能熱水工程自然循環(huán)系統(tǒng)能否運(yùn)行起來,取決于傳熱介質(zhì)流體可能實(shí)現(xiàn)和得以維持的最小溫差、水箱與集熱器之間的平均高差、系統(tǒng)循環(huán)管道水阻的大小,以及系統(tǒng)整體保溫效果的好壞等客觀影響因素。

因此可以推算出熱轉(zhuǎn)化效率(η),具體公式如下:

η=【FT*(T1-T2)÷S*I】*100%;

η:表示熱轉(zhuǎn)化效率;

T2:系統(tǒng)日落時(shí)水箱所得的平均溫度;

T1:系統(tǒng)日出時(shí)水箱容水的平均溫度;

S:即熱的有效面積;

I:日出輻射總量;

由以上兩公式可我們可以得出一些在設(shè)計(jì)建造自然循環(huán)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)單一的自然循環(huán)系統(tǒng),系統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)不宜搞得太大,裸露在外的上、下循環(huán)管道要越短越好。在其他因素不變的情況下,過于龐大的系統(tǒng)象征著需要設(shè)置更高和容積更大的保溫循環(huán)儲(chǔ)熱水箱,更大的集熱器陣列和更為復(fù)雜的循環(huán)管網(wǎng)系統(tǒng)。



根據(jù)太陽能熱水工程施工、設(shè)計(jì)的多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),一般的單組太陽能熱水工程自然循環(huán)共用熱水系統(tǒng),其集熱器面積應(yīng)控制在40m 2以內(nèi),水箱總?cè)莘e3噸t左右較為合理。集熱器盡量采用并聯(lián)方式可有效降低沿程水阻,但每排并聯(lián)集熱器組應(yīng)控制在不超過5~6組為宜,因?yàn)檫^多的并聯(lián)組合會(huì)使得處于并聯(lián)中間地段的集熱器發(fā)生流量不均、水阻不平衡的高溫現(xiàn)象,從而影響了整個(gè)熱水系統(tǒng)的熱水產(chǎn)量和系統(tǒng)熱循環(huán)效率的提高。

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