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1、1 0 - F e b - 0 9 1建筑工程学院市政工程系第四章 太阳能热水系统太阳能热利用 太阳能热利用 太阳能热利用 - F e b - 0 9 2第四章 第四章 第四章 第四章 太阳能热水系统 太阳能热水系统 太阳能热水系统 太阳能热水系统4 1 太阳能热水系统的类型一、太阳能热水系统的构成 集热器贮水箱 冷水管道 热水管道 补给水箱 补给水箱 补给水箱 补给水箱 - F e b - 0 9 34 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型二、太阳能热水系统的分类 按水的 流动方式 流动方式 流动方式 流动方式 ，太阳能热水系统可分为：循
2、环式 直流式 整体式 自然循环式 自然循环式 自然循环式 自然循环式 太阳能热水系统强制循环式 强制循环式 强制循环式 强制循环式 - F e b - 0 9 44 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型( 1 ) 自然循环式太阳能热水系统贮水箱供热水管补给水箱上循环管集热器下循环管补给水管自来水管 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 循环的动力：依靠集热器与水箱中 水的温差 水的温差 水的温差 水的温差 形成 热虹 热虹 热虹 热虹吸压头 吸压头 吸压头 吸压头 。 集热器
3、出口的热水由上循环管进入贮水箱中， 贮水箱中存在明显的 温度分层 温度分层 温度分层 温度分层 。 为防止夜间集热器温度低于水箱温度而形成 反向热虹 反向热虹 反向热虹 反向热虹吸压头 吸压头 吸压头 吸压头 引起倒流散热， 贮水 贮水 贮水 贮水箱一般应高于平板集热器 箱一般应高于平板集热器 箱一般应高于平板集热器 箱一般应高于平板集热器 。供水温度 不可调节 不可调节 不可调节 不可调节 。 - F e b - 0 9 54 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型( 2 ) 自然循环 定温放水 定温放水 定温放水 定温放水 太阳能热水系统
4、贮水箱补给水箱上循环管集热器下循环管触点式温度计自来水管循环水箱继电器电磁阀至用户自然循环定温放水太阳能热水系统 自然循环定温放水太阳能热水系统 自然循环定温放水太阳能热水系统 自然循环定温放水太阳能热水系统 当循环水箱上部的水温上升到预设的 上限时 上限时 上限时 上限时 ，由触点式温度计控制的 电磁阀打开 电磁阀打开 电磁阀打开 电磁阀打开 ，热水排至贮水箱。同时补给水箱箱向循环水 箱补水。 当循环水箱上部的水温下降到预设的 下限时 下限时 下限时 下限时 ，由触点式温度计控制的 电磁阀关闭 电磁阀关闭 电磁阀关闭 电磁阀关闭 。 优点：贮水箱可置于较低的任意位置，以减小屋顶承重。并且放水
5、温度可根据需要进行调节。 - F e b - 0 9 64 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型( 3 ) 强制循环式 强制循环式 强制循环式 强制循环式 太阳能热水系统依靠循环水泵使水在集热器与贮水 箱之间循环； 以 集热器出口 集热器出口 集热器出口 集热器出口 与 水箱底部水温 水箱底部水温 水箱底部水温 水箱底部水温 的温差控制水泵的运转； 为放置夜间系统发生倒流散热，在水泵入口处装有 止回阀 止回阀 止回阀 止回阀 。 自然循环太阳能热水系统 自然循环太阳能热水系统 自然循环太阳能热水系统 自然循环太阳能热水系统 集热器入口处为什
6、么不能装止回阀？ 强制循环式太阳能热水系统 强制循环式太阳能热水系统 强制循环式太阳能热水系统 - F e b - 0 9 74 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型( 4 ) 热虹吸型直流式 热虹吸型直流式 热虹吸型直流式 热虹吸型直流式 太阳能热水系统 为 开式热虹吸系统 开式热虹吸系统 开式热虹吸系统 开式热虹吸系统 ，补给水箱中浮球阀的高度与集热器出口热水管 ( 上升管 上升管 上升管 上升管 ) 的最高位置一致。 无阳光照射时，集热器内部的 水不流动 水不流动 水不流动 水不流动 。 集热器接收太阳辐射后，其内部水温升高，形成 热
7、虹吸压头 热虹吸压头 热虹吸压头 热虹吸压头 ，使热水由上升管流入贮热水箱。 热水的 流量能够自动调节 流量能够自动调节 流量能够自动调节 流量能够自动调节 ，但 供水温度 供水温度 供水温度 供水温度 不能根据用户的要求自行调节。 热虹吸型直流式太阳能热水系统 热虹吸型直流式太阳能热水系统 热虹吸型直流式太阳能热水系统 - F e b - 0 9 84 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型( 5 ) 定温放水型直流式 定温放水型直流式 定温放水型直流式 定温放水型直流式 太阳能热水系统自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自
8、然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 在集热器的出口处装有感温元件，通过控制集热器入口管路上的 电磁阀或电动阀 电磁阀或电动阀 电磁阀或电动阀 电磁阀或电动阀 ，使出口温度始终满足使用要求。 电磁阀形成的 供水方式是间歇的 供水方式是间歇的 供水方式是间歇的 供水方式是间歇的 ，而电动阀则可根据出口温度波动信号的反馈信号调节流量，其形成的供水方式是连续的。 该系统可 取消补给水箱 取消补给水箱 取消补给水箱 取消补给水箱 ，集热器入口可通过电动阀直接与自来水管相连，贮热水箱可 置于室内。 - F e b - 0 9 94 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系
9、统的类型 太阳能热水系统的类型( 6 ) 简单整体式太阳能热水系统 特点：集热器与贮水箱合二为一。 优点：结构简单，成本低廉，适合农村 家庭使用。 缺点：集热效率较低。 - F e b - 0 9 1 0( 6 ) 低聚光比整体式太阳能热水系统4 1 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 太阳能热水系统的类型 抛物聚光面 抛物聚光面 抛物聚光面 抛物聚光面贮热水箱 贮热水箱 贮热水箱 贮热水箱 / 集热器 集热器 集热器 集热器 热水出口 热水出口 热水出口 热水出口冷水入口 冷水入口 冷水入口 - F e b - 0 9 1 14 2 自然循环式太阳能热水系统 自
10、然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统一、 自然循环式太阳能热水系统的特点 系统的 瞬时流量 瞬时流量 瞬时流量 瞬时流量 取决于各瞬间的 热虹吸压头 热虹吸压头 热虹吸压头 热虹吸压头 ； 热虹吸压头与系统的 温度分布 温度分布 温度分布 温度分布 有关，并随时间而变化；集热器的进口水温取决于 蓄水箱中的温度分布 蓄水箱中的温度分布 蓄水箱中的温度分布 蓄水箱中的温度分布 ； 蓄水箱中的 水温分布又随时间 水温分布又随时间 水温分布又随时间 水温分布又随时间 而变化。 为适量简化，作如下假设： 集热器与蓄水箱中的 温度分布均为线性 温度分布均为线性 温度分
11、布均为线性 温度分布均为线性 ，其平均温度分别为 T n 。 集热器的热容很小 集热器的热容很小 集热器的热容很小 集热器的热容很小 ，可以忽略。 - F e b - 0 9 1 24 2 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 集热器的能量平衡方程为 :( ) ( ) = , 假定上 / 下循环管的 热容与热损 热容与热损 热容与热损 热容与热损 均很小 , 可以忽略 , 且蓄水箱中的平均水温与箱体的平均温度相等 , 则蓄水箱的能量平衡方程为( ) ( )m = , 实验测试表明 : 在一天中的大部分时间 , 集热器的平均温度与
12、 集热器的平均温度与 集热器的平均温度与 集热器的平均温度与蓄水箱中的平均水温非常接近 蓄水箱中的平均水温非常接近 蓄水箱中的平均水温非常接近 蓄水箱中的平均水温非常接近 , 因此可进一步假设 T n = T m , 因此有 : - F e b - 0 9 1 34 2 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 ( ) ( ) m = , ( ) ( )Q =, 式中， T m 代表系统的平均温度。 Q L , s 为蓄水箱的热损失，可表示为： 将 Q L , s 代入蓄水箱的能量平衡方程，可得：( ) ( ) ( )c += -
13、F e b - 0 9 1 44 2 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 已知 驱动力 驱动力 驱动力 驱动力 S 和 环境温度 环境温度 环境温度 环境温度 时间变化的关系式，求解上式微分方程即可得出 T m 。( ) ( ) ( )c += - F e b - 0 9 1 5上循环管吸热面下循环管循环水箱1 23 64m 26 34温度T )4 2 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 自然循环式太阳能热水系统 - F e b - 0 9 1 - F e b - 0 9 1 7上循环管吸热面下循环管循环水箱1 23 6 4m 26 34温度T )com
