太陽能熱水系統(tǒng)的分類和優(yōu)缺點對比
1.太陽熱水系統(tǒng)的分類
太陽能熱水系統(tǒng)由四部分組成：集熱部分、儲熱部分、用熱部分、控制和輔助部分，根據(jù)這四部分的不同組合和集熱系統(tǒng)的不同運行方式進行分類。
1.1按太陽熱水系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)與儲熱水箱換熱方式分類
可分為：直接式熱水系統(tǒng)（一次循環(huán)系統(tǒng)）和間接式熱水系統(tǒng)（二次循環(huán)系統(tǒng)）。直接式熱水系統(tǒng)是指在太陽能集熱器中直接加熱儲熱水箱中的水；間接式熱水系統(tǒng)是指在太陽能集熱器加熱某種傳熱工質，再利用該傳熱工質通過熱交換器加熱儲熱水箱中的水。
1.2根據(jù)太陽能集熱器與儲熱水箱間集熱循環(huán)方式分類
可分為：直流系統(tǒng)、自然循環(huán)系統(tǒng)和強制循環(huán)系統(tǒng)。
直流式系統(tǒng)傳熱工質一次通過集熱器加熱后，便進入儲水箱或用熱水處非循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)，儲水箱的作用僅為儲存集熱器所排放的熱水。直流式系統(tǒng)一般可采用機械式控溫控閥或電控溫控器控制方式，直流式系統(tǒng)都是直接系統(tǒng)。
自然循環(huán)系統(tǒng)是指利用傳熱工質內部的溫度梯度產(chǎn)生的密度差所形成的自然對流進行循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。在自然循環(huán)系統(tǒng)中，為了保證必要的熱虹吸壓頭，儲水箱應高于太陽能集熱器上部，這種系統(tǒng)結構簡單不需要附加動力，屬于直接式太陽能熱水系統(tǒng)。
強制循環(huán)系統(tǒng)是利用機械設備等外部動力迫使傳熱工質通過太陽能集熱器進行循環(huán)加熱的太陽能熱水系統(tǒng)，它可以是直接式系統(tǒng)也可以是間接式系統(tǒng)。
1.3按太陽能集熱器中工質是否承壓(是否和大氣相通)分類
可分為：開式集熱太陽能熱水系統(tǒng)和閉式集熱太陽能熱水系統(tǒng)。
1.4按有無輔助熱源分類
可分為：有輔助熱源太陽能熱水系統(tǒng)和無輔助熱源太陽能熱水系統(tǒng)。
有輔助熱源太陽能熱水系統(tǒng)是指太陽能和其他水加熱設備聯(lián)合使用提供熱水，在沒有太陽能時，僅依靠系統(tǒng)配備的其他能源的水加熱設備也能提供建筑物所需熱水的系統(tǒng)。隨著人們生活水平的提高，人們對生活熱水的供應質量要求越來越高，輔助熱源已經(jīng)是太陽能熱水必不可少的部分；無輔助熱源太陽能熱水系統(tǒng)是指僅依靠太陽能來提供熱水的系統(tǒng)。
1.5根據(jù)熱水使用情況分類
可分為：間歇供熱水太陽能熱水系統(tǒng)和連續(xù)供熱水太陽能熱水系統(tǒng)。
間歇供熱水太陽能熱水系統(tǒng)主要供應那些定時用熱水的單位，例如部隊、學校、工廠等；連續(xù)供熱水太陽能熱水系統(tǒng)指那些24小時連續(xù)使用熱水的系統(tǒng)，例如醫(yī)院、賓館、酒店、生產(chǎn)線等。
2 各種強制循環(huán)熱水系統(tǒng)的組成與特點
2.1開式集熱器和開式水箱組成的直接熱水系統(tǒng)
圖1和圖2是開式集熱器和開式水箱強制循環(huán)直接熱水系統(tǒng)工作原理圖，它們的集熱器和水箱都是和大氣連通非承壓的，集熱器中流過的工質是儲熱水箱中的熱水，可以直接用做生活熱水。兩者的區(qū)別是圖1所示系統(tǒng)中的輔助能源是通過內置在太陽能儲熱水箱內的盤管換熱器來給水箱中的水加熱，這樣可以提高輔助加熱裝置的壽命（輔助加熱裝置中的水可以是經(jīng)過軟化的水），圖2所示系統(tǒng)是輔助能源直接給儲熱水箱中的水加熱。
2.2開式集熱器和開式水箱組成的間接熱水系統(tǒng)
圖3和圖4是開式集熱器和開式水箱強制循環(huán)間接熱水系統(tǒng)，它們的集熱器和水箱是和大氣連通非承壓的，集熱器中流過的工質可以是經(jīng)過軟化的軟化水，通過補水箱保證集熱器的水是滿水狀態(tài)，集熱器的水被太陽加熱后通過循環(huán)泵強制循環(huán)后經(jīng)過預置在水箱中的換熱器把水箱中的水加熱，換熱器也可以是外置式的，見圖5，圖6是圖5的改進形式，輔助能源也可以通過板式換熱器對水箱進行加熱。
圖3和圖4所示系統(tǒng)兩者的區(qū)別是圖3所示系統(tǒng)中的輔助能源是通過內置在水箱內的盤管換熱器來給水箱中的水加熱，圖4所示系統(tǒng)是輔助能源直接給儲熱水箱中的水加熱。而圖6所示系統(tǒng)是采用板換給水箱間接加熱。
2.3閉式集熱器和閉式水箱組成的直接熱水系統(tǒng)
圖7和圖8是閉式集熱器和閉式水箱強制循環(huán)直接熱水系統(tǒng)，它們的集熱器和水箱都不和大氣連通是承壓的，集熱器中流過的工質就是儲熱水箱中的水，儲熱水箱既用來儲熱也作為系統(tǒng)的膨脹水箱，當水溫升高，水的密度變小，體積膨脹時儲熱水箱間接起到膨脹水箱的作用。兩者的區(qū)別是圖7所示系統(tǒng)中的輔助能源是通過內置在水箱內的盤管換熱器來給水箱中的水加熱，圖8所示系統(tǒng)是輔助能源直接給儲熱水箱中的水加熱。
2.4閉式集熱器和閉式水箱組成的間接熱水系統(tǒng)
圖9和圖10是閉式集熱器和閉式水箱強制循環(huán)間接熱水系統(tǒng)，它們的集熱器和水箱都不和大氣連通是承壓的，太陽能集熱器中流過的工質可以是經(jīng)過軟化的軟化水，也可以是低冰點高沸點的其他工質。太陽能集熱器中的工質被太陽加熱后通過循環(huán)泵強制循環(huán)后經(jīng)過預置在水箱中的換熱器把水箱中的水加熱，換熱器也可以是外置式的，見圖11。兩者的區(qū)別是圖9所示系統(tǒng)中的輔助能源是通過內置在水箱內的盤管換熱器來給水箱中的水加熱，圖10所示系統(tǒng)是輔助能源直接給儲熱水箱中的水加熱。
2.5閉式集熱器和開式水箱組成的間接熱水系統(tǒng)
閉式集熱器和閉式水箱組成的間接熱水系統(tǒng)的水箱系統(tǒng)造價比較高，為降低系統(tǒng)造價我們可以利用閉式集熱器和開式水箱組成間接式熱水系統(tǒng)。圖12和圖13是系統(tǒng)原理圖。
圖12和圖13的所示系統(tǒng)是圖9和圖10所示系統(tǒng)的改進，它們的集熱部分和換熱部分的工作原理完全相同，只是水箱不同，圖9和圖10所示系統(tǒng)的水箱是承壓閉式系統(tǒng)，圖12和圖13所示系統(tǒng)的水箱是非承壓開式系統(tǒng)。
從以上強制循環(huán)熱水系統(tǒng)的組成形式我們可以看出，不同形式的集熱器系統(tǒng)（開式系統(tǒng)或閉式系統(tǒng)）、不同的儲熱水箱(開式非承壓水箱和閉式承壓水箱、單盤管水箱、雙盤管水箱)都可以組成不同的熱水系統(tǒng)，一切要根據(jù)實際出發(fā)，只要能滿足系統(tǒng)使用要求，最簡單的配置才是最好的系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)造價低廉而且安裝及系統(tǒng)維護都方便。
3三種不同傳熱工質流動方式太陽能熱水系統(tǒng)的比較
3.1直流式系統(tǒng)
直流式系統(tǒng)運行原理如圖14所示，其結構和系統(tǒng)運行簡單可靠，如果我們能控制好系統(tǒng)流量，就可以保證流進水箱的是滿足使用溫度要求的熱水。這種系統(tǒng)安全可靠，造價低廉，節(jié)約運行費用，而且儲熱水箱內始終有滿足使用要求的熱水，這種系統(tǒng)稱為定溫放水系統(tǒng)。
3.2自然循環(huán)型太陽能熱水系統(tǒng)
自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)一般可分為兩種類型：純粹自然循環(huán)式和自然循環(huán)定溫放水形式，圖15所示是純粹自然循環(huán)式，圖16所示是自然循環(huán)定溫放水式。自然循環(huán)加定溫放水式是自然循環(huán)式熱水系統(tǒng)的改進，它把自然循環(huán)系統(tǒng)的儲熱水箱分成兩個水箱，用來集熱循環(huán)的水箱體積較小，比較容易加熱，待該小水箱溫度達到設定溫度時再放到大水箱中，它的大水箱中一直是熱水。
3.3強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)
強制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)運行原理圖如17所示，自來水加入到儲熱水箱中，當集熱器頂部溫度比水箱內水溫度高一定值時啟動循環(huán)泵把水箱內的熱水循環(huán)到集熱器中把集熱器中的熱水循環(huán)進水箱，如此往復就把水箱中的水加熱了，這種加熱方式也稱為溫差循環(huán)。
3.4三種太陽熱水系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較
三種系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較見表2，從表中比較我們可以看出應盡量選用直流式（定溫放水）工作方式，盡量少采用或不用強制循環(huán)模式（溫差循環(huán)模式）。
3.5熱水系統(tǒng)改進
為提高太陽能熱水系統(tǒng)的可靠性，保證24小時有滿足使用溫度要求的太陽能熱水供應，上述三種模式都不能滿足使用要求，要對他們進行改進，圖18是改進后的太陽能熱水系統(tǒng)運行原理。該系統(tǒng)包括定溫放水（直流式系統(tǒng)）和溫差循環(huán)（強制循環(huán)）兩種工作方式，還包括輔助能源系統(tǒng)。
其工作原理是：
（1）當光照充足而水箱內尚未儲滿熱水時，系統(tǒng)為定溫出水運行，當集熱器出口溫度T2（溫度傳感器2）達到設定值時，控制系統(tǒng)打開電磁閥E1，自來水進入管路，把高溫水頂入水箱，當出口溫度T2低于設定溫度時，控制系統(tǒng)關閉電磁閥E1，太陽能集熱器吸收太陽熱量儲存于集熱器內水中，使水溫繼續(xù)升高；如此往復循環(huán)。
（2）當水箱內水位達到設定位置時（水箱已滿）或水箱內水溫低于使用溫度T3時，這是系統(tǒng)處于溫差循環(huán)工作模式，當集熱器內水溫不水箱中水溫高一定值時控制系統(tǒng)打開循環(huán)泵P1，儲熱水箱內水和集熱器中水行進溫差循環(huán)，當水箱內水溫和集熱器水溫接近時停止循環(huán)泵P1。
（3）冬天集熱器和管道內水溫度T2降低到一定值時，系統(tǒng)會打開水泵P1將水箱里的熱水循環(huán)進太陽能集熱器和循環(huán)管道對系統(tǒng)進行防凍保護。
（4）在用水過程中系統(tǒng)通過熱水管道和管道泵P3，把熱水通過管網(wǎng)送到用戶的各個用水點，如P3為變頻控制可以實現(xiàn)恒壓供水。打開電磁閥E3,可實現(xiàn)管道的定溫循環(huán)。
（5）當供熱水系統(tǒng)為恒壓供水時，可以很容易實現(xiàn)熱水管路管路循環(huán)功能，當供熱水管路末端溫度T4低于設定值時打開電磁閥E3，管路壓力降低，循環(huán)泵自動啟動從而實現(xiàn)熱水管路的的定溫循環(huán)。
（6）陰雨天氣太陽能不能滿足熱水供應時輔助能源系統(tǒng)可以實現(xiàn)對太陽能熱水系統(tǒng)的加熱，保證有熱水供應。
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