浅析华南学校太阳能热水系统运行原理

摘要 本文分别对3种典型的华南地区学校太阳能热水系统运行原理进行具体的阐述，并对其运行过程中存在的问题进行分析。 　　前言 　　在太阳能热水工程应用领域，学校的应用较为普遍，而华南地区学校因其得天独厚的地理优势和气象条件，一直以来都是各太阳能公司重点争夺的细分市场。而太阳能系统设计会直接影响到系统的运行效果，因此，现对华南地区学校太阳能热水系统运行原理做一详细阐述。 　　1 单水箱系统 　　1.1 系统运行原理图 图1 单水箱系统运行原理 　　1.2 运行原理说明 　　1.2.1 集热系统温差循环 　　当集热器上循环末端出水口温度T1和太阳能水箱的温度T2的温差到达设定值时（如5℃），太阳能循环泵启动，通过循环加热太阳能水箱内的水，当温差低于设定温度时（如2℃），太阳能循环泵停止，集热系统停止循环。 　　1.2.2 定时补水控制：在设定的时间段（可设定每天用水结束后）检测水箱的水位S1，当水箱S1中的水位未满时，开启补水电磁阀，补水至水箱水满时关闭补冷水电磁阀。 　　1.2.3 空气源热泵机组控制 　　辅助加热1：在每天上午（如10：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度20℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱进行加热，加热至设定温度（如30℃）时停止。 　　辅助加热2：在每天中午（如12：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度30℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱进行加热，加热至设定温度（如35℃）时停止。 　　辅助加热3：在每天下午（如14：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度35℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱中的水进行加热，加热至设定温度（如45℃）时停止。 　　辅助加热4：在每天下午（如下午16：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度45℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱中的水进行加热，加热至设定温度（如50℃）时停止。 　　1.2.4 供、回水控制（在供热水管上安装加压回水泵和供水电动蝶阀，受管网压力、温度、供水时间段控制，当管网有用水并达到供热水时间时，启动加压泵供应热水。在管网末端设定温度回水电磁阀，管网末端温度低于40℃时电磁阀开启，高于45℃时回水电磁阀关闭。 　　1.3 系统运行思考 　　对于单水箱系统，从结构上看，系统较简单，对降低工程造价有一定的帮助。但是集热器和辅助能源对同一水箱中的水加热，系统整体控制复杂程度增加，集热器和辅助能源的工作的时间上存在着交叉，降低对集热器利用率。例如当供热水箱水中的温度达到45℃时，而集热系统是靠温差来循环的，只有温差达到一定的范围才能将集热器中的热水带到水箱中，假设集热器中的热水已达到42℃，但温差没达到要求，那42℃的热水就不能进入到供热水箱中，如果刚好此时供热水箱在这一时段水位没达到一定的水位，补水电磁阀又开启补充冷水到供热水箱中，辅助能源这时启动消耗电能将水加热，这样就造成了能源的浪费。 　　2 带过渡泵的双水箱系统 　　2.1 系统运行原理图 图2 带过渡泵的双水箱系统运行原理 　　2.2 运行原理说明 　　2.2.1 集热系统分两种模式运行 　　1.当过渡水箱满水位时，为温差强制循环模式 　　当集热器上循环末端出水口温度T1和过渡水箱底部温度T2的温差（T1—T2）≥5℃（可调）时，太阳能循环泵启动，通过循环加热过渡水箱内的水，当温差（T1－T2）≤2℃（可调）时，太阳能循环泵停止。 　　2.当过渡水箱未达到满水位时，为定温放水模式： 　　当集热器上循环末端出水温度T1≥55℃时（可调），定温补水泵启动，将集热器中的高温水顶入到过渡水箱中；当T1≤45℃或过渡水箱满水位时，定温补水泵停止。 　　2.2.2 过渡泵控制： 　　当系统检测到过渡水箱水温T3≥50℃（可调）且供热水水箱水位未满水时，过渡泵启动，将过渡水箱中的热水抽到供热水水箱中；当供热水水箱满水位或过渡水箱处于下限水位时，过渡泵停止。 　　2.2.3 空气源热泵机组控制及补水电磁阀控制 　　辅助加热1：在每天上午（如10：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定30%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到30%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　辅助加热2：在每天中午（如12：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定50%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到50%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　辅助加热3：在每天下午（如15：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定75%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到75%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　辅助加热4：在每天下午（如18：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定100%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到100%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　2.2.4 供、回水控制 　　在供热水管上安装加压回水泵和供水电动蝶阀，受管网压力、温度、供水时间段控制，当管网有用水并达到供热水时间时，启动加压泵供应热水。在管网末端设定温度回水电磁阀，管网末端温度低于40℃时电磁阀开启，高于45℃时回水电磁阀关闭。 　　2.3 系统运行的思考 　　带过渡泵的双水箱系统相比单水箱系统，解决了集热器和辅助能源工作上的交叉，有利于发挥各自的功能，辅助能源的控制也变得很简单，只受供热水箱水温控制。再者，系统在供水方式的形式上可根据学校的具体要求选择定时供水或是全天候供水，主要归功于供热水箱中的水温波动较小。 　　实际运行过程中，有时由于供热水箱中的的水位探头位置没有调节好，造成过渡泵不启动，过渡水箱中的热水无法被输送到供热水水箱中，造成太阳能资源的浪费。 　　实际运行过程中还有一种情况较常见，就是学校放假期间，学校用热水量减少或几乎不用水，而这期间，天面上的太阳能系统还是在正常运行的，这就带来了过渡水箱中水温过热的的问题。 　　定温补水泵的选型也应注意其扬程及流量，应避免其频繁地启动，尽量让其每一次运行的时间稍长点，形成冷水顶入集热器时，在流动的过程就可以缓缓升温被加热为热水，所以定温补水泵的流量可以适当的选小点。 　　3 无过渡泵的双水箱系统 　　3.1系统运行原理图 图3改进后无过渡泵的双水箱系统运行原理图 　　3.2运行原理说明 　　3.2.1 集热器系统温差循环 　　当集热器上循环末端出水口温度T1和过渡水箱底部温度T2的温差（T1－T2）≥5℃（可调）时，太阳能循环泵启动，通过循环加热过渡水箱内的水，当温差（T1－T2）≤2℃（可调）时，太阳能循环泵停止。 　　3.2.2 定温顶水控制  　　当过渡水箱平均水温T3≥55℃时（可调），补水电磁阀开启，将过渡水箱中的热水顶入到供热水水箱中，直至T3≤40℃时（可调）或供热水水箱满水位时，补水电磁阀关闭。 　　3.2.3 空气源热泵机组控制及补水控制： 　　辅助加热1：在每天上午（如10：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定30%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到30%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　辅助加热2：在每天中午（如12：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定50%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到50%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　辅助加热3：在每天下午（如15：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定75%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到75%为止，热泵机组启动，对供热水箱中的水加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　辅助加热4：在每天下午（如18：00）检测供热水箱中的水位S2，如果水位低于设定100%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到100%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。 　　3.2.4 供、回水控制 　　在供热水管上安装加压回水泵和供水电动蝶阀，受管网压力、温度、供水时间段控制，当管网有用水并达到供热水时间时，启动加压泵供应热水。在管网末端设定温度回水电磁阀，管网末端温度低于40℃时电磁阀开启，高于45℃时回水电磁阀关闭。 　　3.3 对系统的思考 　　无过渡泵的双水箱系统是总结了前面两个系统的经验而设计出来的，以双水箱之间高位连通管来代替过渡泵，从而降低了系统控制的复杂性。 　　设计时必须合理的分配双水箱容积的比例，以及确定高位连通管的开孔位置，高位连通管的管径也尽量选大点，增加其过流能力，大致是比补冷水管管径大上两个规格。