【摘要】如今隨著社會(huì)的發(fā)展，太陽能已經(jīng)成功走進(jìn)千家萬戶，成為居民日常生活的必需品。但是隨著一系列產(chǎn)品的更新?lián)Q代，現(xiàn)有的太陽能系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)了越來越多的問題。諸如系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致的集熱效率低、實(shí)際運(yùn)行中節(jié)能效果不明顯、建設(shè)的成本高等。另外，在太陽能系統(tǒng)運(yùn)行中，也會(huì)時(shí)常發(fā)生集熱器爆管、失效或凍裂的情況，造成事故頻發(fā)。因此，本文擬從該角度出發(fā)，提出無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用研究，意在改變傳統(tǒng)的太陽能集熱理念，并在文中介紹了無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)的操作原理、特征以及此項(xiàng)工程的具體應(yīng)用，將其和傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)在系統(tǒng)功效上做了對(duì)比，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)此款新興的太陽能系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化，集熱效率也得到了明顯提高，且不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行能耗，也可以進(jìn)一步降低建筑運(yùn)營(yíng)成本，減少設(shè)備機(jī)房的面積，有效彌補(bǔ)了部分工程中傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的難題。

【關(guān)鍵詞】無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)；傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)；集熱效率；比較研究

太陽能作為一種綠色環(huán)保能源有著取之不盡用之不竭的特點(diǎn)。目前對(duì)太陽能的利用主要體現(xiàn)在制備生活熱水。同時(shí)，近年來，我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)政策助力太陽能應(yīng)用于生活熱水熱源，大量太陽能集中熱水系統(tǒng)的新建改擴(kuò)建工程也正在進(jìn)行。但是經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有太陽能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和后期運(yùn)行情況進(jìn)行多方位測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的太陽能系統(tǒng)比較復(fù)雜，集熱效率低、建設(shè)成本持續(xù)高漲但是實(shí)際運(yùn)行效率很差。如此種種的問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了太陽能系統(tǒng)在工程中的實(shí)際發(fā)展和進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用研究將可以從更為完善的角度彌補(bǔ)太陽能系統(tǒng)存在的問題。

1、傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)存在的問題探析

1.1集熱效率低

由小組集熱器先串聯(lián)成大組，再由大組并聯(lián)成集熱循環(huán)系統(tǒng)，這是目前一般的大型集熱器面積所采用的布置方式。傳統(tǒng)太陽能的循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜。目前形勢(shì)來看，即使是采用了同程等許多措施來保證它的干管和立管能夠循環(huán)，但是復(fù)雜過長(zhǎng)的管道會(huì)導(dǎo)致氣堵現(xiàn)象的增加，這就減少了管路內(nèi)的循環(huán)流量，循環(huán)的效果還是會(huì)差。而串聯(lián)系統(tǒng)在運(yùn)行中一般最前端集熱器的換熱會(huì)比較充分，由于是對(duì)流換熱，隨著串聯(lián)集熱器的增多，集熱器的換熱效果越來越差，最末端的一組集熱器的換熱效果最差。要保證系統(tǒng)中的每一組集熱器所存的熱量均能有效集取，這種說法事實(shí)上是達(dá)不到的。

1.2能耗大

這方面主要體現(xiàn)在集熱系統(tǒng)的能耗上。其中，運(yùn)行動(dòng)力能耗和集熱循環(huán)系統(tǒng)因?yàn)樯釋?dǎo)致?lián)p失所引起的能耗更為突出，最高可達(dá)有效集熱量的25%左右，由于循環(huán)泵和防凍倒循環(huán)運(yùn)行的能耗也可達(dá)到有效供熱量的5%左右。

1.3運(yùn)行中易發(fā)生事故

安裝的太陽能難以避免被暴曬，如果在運(yùn)行過程中被暴曬，內(nèi)膽的溫度一下子接近200攝氏度，循環(huán)泵就會(huì)啟動(dòng)，一般溫度約20攝氏度的冷水流進(jìn)玻璃管，這樣容易造成內(nèi)膽的內(nèi)外溫差加大，很容易發(fā)生爆管。另外，傳統(tǒng)的集熱系統(tǒng)是需要循環(huán)泵的，如果水泵在選擇上出現(xiàn)失誤或選擇不當(dāng)，其揚(yáng)程過高，就會(huì)給某些區(qū)域的玻璃管帶來很大的壓力，也會(huì)發(fā)生爆管；而且，如果位于水泵出口的單向閥沒有密封嚴(yán)實(shí)的話，當(dāng)水泵停泵時(shí)也會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的發(fā)生，因?yàn)橥１脮?huì)使系統(tǒng)負(fù)壓，尤其是水箱的位置低于集熱器時(shí)，事故發(fā)生幾率將更大?，F(xiàn)實(shí)生活中，如果水溫過高，玻璃管內(nèi)壁會(huì)容易結(jié)垢，加之冷水會(huì)進(jìn)入內(nèi)腔，這樣玻璃管就會(huì)受熱不均，進(jìn)而發(fā)生爆炸。此外，玻璃管的加工材質(zhì)、厚度的均勻性以及尾部的封裝等工序的加工質(zhì)量也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)因?yàn)椴ＡЧ苜|(zhì)量問題而爆管。

另一方面，在寒冷地區(qū)，需要注意的一個(gè)問題就是太陽能系統(tǒng)的凍裂問題，在夏季，太陽輻射強(qiáng)的時(shí)間段，也要格外注意集熱系統(tǒng)過熱的問題。因?yàn)樵诟邷貭顟B(tài)下，如果太陽能系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，室外的高溫會(huì)造成傳熱介質(zhì)的氣化損失、變質(zhì)，也會(huì)導(dǎo)致太陽能集熱器上安裝系統(tǒng)或零件的非金屬材料逐漸老化繼而破壞，從而使太陽能集熱器的使用壽命降低。

2、無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)應(yīng)用研究

2.1系統(tǒng)原理

無動(dòng)力太陽能熱水裝置的操作原理就是，把貯熱的箱體和集熱元器件通過緊湊地連接，使其依靠自然性的循環(huán)來收集熱量，這樣，這種無動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)就能將集熱、貯熱、換熱集為一體。它可以將全天收集的熱量進(jìn)行最大化的貯存，并且借助于其自身的優(yōu)勢(shì)，比如配備的玻璃真空管和平板集熱元器件就可以充分利用水有溫差的特點(diǎn)來爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)自然性的循環(huán)，而不需要再使用集熱循環(huán)泵，因?yàn)樵骷鸵呀?jīng)足夠可靠。玻璃真空管和平板集熱器的使用是有適宜性的，北方地區(qū)適合用前者，而南方地區(qū)適合用后者。另外，實(shí)現(xiàn)被加熱水及時(shí)能及時(shí)換熱的方法則是強(qiáng)化傳熱，具體需要利用波紋管束紊流振動(dòng)。這種系統(tǒng)中的生活熱水是封閉系統(tǒng)，水質(zhì)一般不會(huì)受到污染。無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)可以最大化保證建筑的一體化，因?yàn)椴恍枰杏谒渑c水箱之間，能夠較大幅度地減少對(duì)建筑和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。最后，該系統(tǒng)的集熱體系沒有超過100攝氏度，因此不需要采取專門的過熱保護(hù)措施。

2.2與傳統(tǒng)系統(tǒng)比較分析

2.2.1 系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化，使用更為合理

在太陽能使用及推廣過程中，最有成效的莫過于住宅類建筑，這一領(lǐng)域是目前太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用最為普及的。與傳統(tǒng)住宅區(qū)集中集熱、分散鋪熱供熱的太陽能熱水系統(tǒng)相比較，住宅區(qū)使用集貯熱系統(tǒng)有明顯的優(yōu)點(diǎn)，首先是這類集熱系統(tǒng)去除了水箱、集熱循環(huán)泵、而且供熱系統(tǒng)中也將循環(huán)管和循環(huán)泵加以去除，這樣，系統(tǒng)就變得更為簡(jiǎn)化。集貯熱系統(tǒng)盡管沒有了供熱回水管和循環(huán)泵，但是用戶終端還有自備的熱水器，這就使得供熱管中先期的冷水在流經(jīng)用戶自備的熱水器時(shí)會(huì)被加熱，用戶打開淋浴器后便是熱水，當(dāng)停留在其中的冷水流完后，這個(gè)太陽能熱水器就可以開始使用了，不僅經(jīng)濟(jì)節(jié)約，還能滿足客戶使用要求，也能使太陽能得到充分的利用。集貯熱系統(tǒng)中的冷水是通過同一區(qū)的給水系統(tǒng)來保證供給的，又加上流經(jīng)集熱器的水流受到的阻力很小，就可以充分地利用給水系統(tǒng)的壓力，也能使得冷熱水系統(tǒng)在壓力上得到一定平衡，使用起來更為舒適。另外，這種無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)還在供熱系統(tǒng)中設(shè)置了保持恒溫的混水閥，如果太陽能熱水的水溫過高，則可以利用混水閥將其調(diào)至合適水溫，如50攝氏度左右，這樣還能防止水溫過高而被燙傷。

公共建筑中多為集中式太陽能系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)中的集中貯熱水箱和多臺(tái)循環(huán)泵組，無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)簡(jiǎn)化效果更為明顯。

2.2.2 集熱效率提高，運(yùn)行中減少能耗

無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)是一個(gè)集熱、貯熱連為一體的系統(tǒng)，每個(gè)集熱器在一天內(nèi)所集取到的熱量都會(huì)分別儲(chǔ)存在內(nèi)外兩個(gè)水箱之內(nèi)，與傳統(tǒng)方式相比，循環(huán)系統(tǒng)被省去了，循環(huán)管路的熱損失也會(huì)進(jìn)一步減少。每一個(gè)集熱器都是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，都能夠獨(dú)立集熱和貯熱，不會(huì)因?yàn)楣苈钒l(fā)生短路或氣堵現(xiàn)象而影響效率。而且每個(gè)熱水器所集取到的熱量會(huì)有小部分的損失以外，還能將冷水進(jìn)行預(yù)熱或者給供給用水加熱，而傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)無法將低溫?zé)崃窟M(jìn)行充分利用。

無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)節(jié)省了換熱集熱循環(huán)系統(tǒng)，這樣也就相當(dāng)于省去了集熱水箱還有循環(huán)泵以及儲(chǔ)存裝置的設(shè)備機(jī)房，減少了運(yùn)行能耗的同時(shí)也不會(huì)受到復(fù)雜控制系統(tǒng)的影響。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，集熱系統(tǒng)屬于開式系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)爆管和集熱管失效的問題，因?yàn)檫@種開式結(jié)構(gòu)能夠使運(yùn)行中集熱的溫度始終保持在100攝氏度以下。另外，它也緩解了寒冷地區(qū)的凍裂以及炎熱夏季的系統(tǒng)過熱問題。其次，鑒于無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)是個(gè)冷水的預(yù)熱系統(tǒng)，無需任何附加的能耗，可在預(yù)熱輔熱后直接供水，就避免了運(yùn)營(yíng)商將運(yùn)行能耗所需的費(fèi)用分?jǐn)偟絼側(cè)胱〉淖羯?，從而減少了熱水價(jià)格的大幅提升情況，極大地降低了高昂的運(yùn)行管理費(fèi)，這算得上是一個(gè)真正的節(jié)能系統(tǒng)。

結(jié)語：

本文通過對(duì)太陽能熱水器存在的問題進(jìn)行集中分析了，探討了無動(dòng)力太陽能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所能帶來的功效，無論是從能耗，還是從集熱效率上都是值得推薦的。

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