現(xiàn)代社會，經濟高速發(fā)展同環(huán)境污染、能源短缺間的矛盾日益突出，環(huán)保、綠色、節(jié)能成為人類尋求生存和長期發(fā)展的首要問題。太陽能集中熱水供應系統(tǒng)具有節(jié)能、使用方便、無污染、經濟效益明顯等優(yōu)勢，而成為主要的太陽能應用形式。太陽能集中供應熱水工程由集熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)泵、控制系統(tǒng)、管路配件等共同組成，可依據用戶要求、安裝場地、用水量進行靈活的組合。因此，對太陽能集中供應熱水工程設計進行探討，對于太陽能在熱水集中供應領域中的應用優(yōu)化具有積極的現(xiàn)實意義。

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太陽能集中熱水供應系統(tǒng)的適用范圍

歸結起來，太陽能集中熱水供應系統(tǒng)的適用范圍包括如下幾個方面：第一，日照時數/年在1200小時以上，太陽輻射量/年在3500焦每平方米以上的地區(qū)；第二，具備太陽能集中熱水供應系統(tǒng)的安裝條件；第三，能夠保證太陽能集中熱水供應系統(tǒng)的建筑安裝部位每天至少4小時的日照；第四，系統(tǒng)的安裝不會對鄰近建筑的日照構成遮擋；第五，系統(tǒng)工作溫度在130攝氏度范圍內，熱水工作溫度在75攝氏度范圍內。

 

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太陽能集中供應熱水工程設計的原則

太陽能集中供應熱水工程的設計過程當中，應遵循如下原則：

 

1、安全性。工程自身具備較高的安全性，在真空管發(fā)生意外破壞的情況下，對系統(tǒng)的整體運行不產生影響，同時，還應有防雷、防風、防凍的相關保護措施；

 

2、穩(wěn)定性；應具有較高的熱效率和穩(wěn)定的性能，可實現(xiàn)定溫補水等；

 

3、全天候性?？紤]復雜天氣因素的影響，其加熱應備有相應的輔助能源；

 

4、智能型。備有只能控制系統(tǒng)，在顯示水溫的同時，可依據溫度設定要求，來自動啟動或關閉加熱輔助能源，且控制系統(tǒng)分為自動運行和手動操作兩種工作方式；

 

5、節(jié)能性。太陽能應用限度最大化，盡可能地節(jié)約常規(guī)能源；

 

6、水質要求；太陽能集中供給的熱水應無異味、無鐵銹和其它影響人體健康的物質。

 

因為太陽能的低密度，所以其加熱過程緩慢，不能如常規(guī)熱源那樣一次將冷水加熱到所需溫度的熱水，因此其加熱、換熱、儲熱方式及所用設備均有別于常規(guī)熱源。因為太陽能的不穩(wěn)定，所以系統(tǒng)需設輔熱設備，而輔熱設備的設置必須以充分利用太陽能為原則。再者，由于系統(tǒng)要設置太陽能與輔熱兩套加熱系統(tǒng)，勢必大大增加一次投資，因此太陽能系統(tǒng)的產熱量宜以滿足一年中大部分時段的平均日用熱水量為合理，即用水人數、定額均應按此原則確定，并選擇合適的太陽能保證率。

 

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太陽能集中供應熱水工程的設計要點分析

（一）集熱系統(tǒng)的設計

 

1、系統(tǒng)規(guī)模設計

 

集熱系統(tǒng)的規(guī)模不宜過大，集熱器陣列的總出水口同儲熱水箱間的距離應控制在300米范圍內。在小區(qū)規(guī)模較大時?？梢脏徑鼛状被騿未睘橐粋€小系統(tǒng)，且通過增設站室便可實現(xiàn)節(jié)能的效果。

 

2、選擇加熱系統(tǒng)

 

加熱系統(tǒng)分為直接加熱和間接加熱兩種方式，且兩者各有利弊，直接加熱可實現(xiàn)較高的加熱效率，而間接加熱則能夠有效防止水垢的產生，使集熱器使用壽命得到延長。實際應用中，對于間接加熱系統(tǒng)的應用更為適宜，且實際應用中，集熱器需進行承壓處理，需增設循環(huán)泵和換熱設備。

 

3、選擇儲熱設備

 

儲熱設備的選擇是以間接加熱系統(tǒng)的確定為前提的，儲熱設備包括儲熱水箱和儲熱水罐兩種。對于較大熱水供應量的工程，選擇儲熱水箱更為適宜，其原因在于這一儲熱方式的出水量每天可達上百立方米，而儲熱水罐的應用則適合熱水供應量較小的工程，在施工現(xiàn)場就可完成拼裝，投資小、占地小。

 

（二）輔熱設備的設計

 

1、計算輔熱設備負荷

 

依據相關規(guī)范要求，對于太陽能集中供應熱水工程輔熱設備負荷的設計，應當不考慮太陽能效用，而將日常所需熱量作為輔助設備作為依據。

 

2、選擇輔助熱源和輔熱設備

 

選擇輔助熱源時，宜選熱力管網、燃氣、燃油、熱泵、電等。對于小型太陽能集中熱水供應系統(tǒng)宜選擇電作為輔助能源。在儲熱水罐（箱）中直接放入電熱元件即可實現(xiàn)，但這一輔助熱源的應用需要增加相應的防垢措施，否則其自身所形成的水垢會導致難以有效散熱，燒壞元件。而對于規(guī)模較大的太陽能熱水系統(tǒng)則宜選用電熱鍋爐作為輔助能源，而達到耐用安全的目的。在選擇輔助設備時，可依據常規(guī)熱源方式進行選擇，且在設備型號與臺數的確定上，應同太陽能自身不穩(wěn)定特點相結合，選擇兩臺或多臺匹配設備，即無太陽能時，設備同時運行，有太陽能時，一臺運行，從而達到節(jié)能高效的目的。太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組的應用比較普遍，其原理是在機組的蒸發(fā)器上增加了一輔助換熱器。熱泵在低溫環(huán)境下制熱運行時，高于環(huán)境溫度的太陽能熱水流經該輔助換熱器，與將進入蒸發(fā)器的室外空氣進行熱量交換提高其溫度，從而使制冷劑在相對較高的環(huán)境里蒸發(fā)吸熱，提高了蒸發(fā)溫度，改善了太陽能供熱系統(tǒng)的工作狀況。

 

3、布置集熱和輔熱設備

 

在儲熱水罐中，應將電熱元件置于適當位置，當無太陽能時，亦可依靠電熱及熱水儲量來基本滿足熱水需求。當太陽能熱水系統(tǒng)較大，且集熱與輔熱都采用水箱時，亦相互獨立，并進行串聯(lián)的布置，前者為集熱水箱，起到預熱作用，后者為供熱或輔熱水箱，這樣當太陽能不充足時，亦可起到對冷水進行預熱處理，而當無太陽能的情況下，只需通過輔助熱源來加熱輔熱水箱內的水，便可正常供熱，且不會對集熱水箱的集熱產生影響。

 

（三）系統(tǒng)工程安全設計

 

1、防過熱、防爆安全設計

 

太陽能集中供應熱水工程設計中，防高溫、防爆安全措施是十分重要的設計內容。通常情況下，包括如下幾方面設計內容：第一，集熱系統(tǒng)的管道上應設放氣器、安全閥、膨脹管。且未降低集中介質損耗，可適當提升系統(tǒng)內部的壓力；第二，設置空氣散熱器，即當集熱器中水溫過高時，利用空氣散熱器來散出熱量，從而防止過熱現(xiàn)象；第三，采用遮陽設備。集熱系統(tǒng)所采用的閥件、管件、管材等應為耐高溫材質，且極熱管上所連接的設備、閥件及密封材料也應為耐高溫材質。

 

2、防凍安全設計

 

對于北方寒冷地區(qū)和存在凍結可能地區(qū)，在系統(tǒng)工程設計過程當中，應就防凍問題進行考慮。防凍措施主要包括倒循環(huán)、添加防凍劑、排回、排空等，且這些方法各具利弊，其應用過程中應始終圍繞“因地制宜”的原則進行。其中，倒循環(huán)這種方法較為簡單，也比較常用，但存在耗電的缺點，可通過集熱管道保溫、降低集熱系統(tǒng)阻力損失、確定合理的傳感器溫度來緩解這一問題。

 

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結語

太陽能集中熱水供應系統(tǒng)具有舒適、經濟、節(jié)能、實用、方便等優(yōu)勢，且系統(tǒng)工程設計涉及多種因素。明確系統(tǒng)應用范圍，以系統(tǒng)工程的設計原則為前提，借鑒上述內容，有效地開展，從而有效保障太陽能集中供應熱水工程設計的節(jié)能性、合理性。