太陽能建筑一體化原理與應(yīng)用第七章

太陽能熱水集熱系統(tǒng)7.1集熱系統(tǒng)形式太陽能熱水集熱系統(tǒng)通常是由集熱器、儲(chǔ)熱水箱、循環(huán)管路、水泵、閥門及其控制元件等主要設(shè)備、部件所組成。根據(jù)需要還可以加配輔助熱源，以彌補(bǔ)太陽能集熱量的不足。7.1集熱系統(tǒng)形式1.集熱系統(tǒng)的分類（1）直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)按太陽能集熱系統(tǒng)與用熱系統(tǒng)（負(fù)荷）的關(guān)系劃分：①直接式系統(tǒng)(也稱一次循環(huán)系統(tǒng))是指在太陽集熱環(huán)路與負(fù)荷直接連接的系統(tǒng)，集熱環(huán)路的工作介質(zhì)直接進(jìn)入用熱裝置。圖7-1直接式系統(tǒng)7.1集熱系統(tǒng)形式②間接式系統(tǒng)(也稱二次循環(huán)系統(tǒng))是指在太陽集熱器中加熱某種傳熱工質(zhì)，再利用該傳熱工質(zhì)通過熱交換器把熱量傳遞給負(fù)荷系統(tǒng)，集熱環(huán)路的工作介質(zhì)與用熱環(huán)路是分開的，因此可以使用不同的工質(zhì)。圖7-2間接式系統(tǒng)7.1集熱系統(tǒng)形式（2）自然循環(huán)系統(tǒng)和強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)按太陽能集熱系統(tǒng)動(dòng)力劃分：①自然循環(huán)系統(tǒng)是指太陽能集熱系統(tǒng)僅利用系統(tǒng)中傳熱工質(zhì)溫度差產(chǎn)生的作用壓力進(jìn)行循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)一般規(guī)模較小或者是單個(gè)的太陽能熱水器。要保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，儲(chǔ)熱水箱要高于集熱器的位置。圖7-3自然循環(huán)系統(tǒng)7.1集熱系統(tǒng)形式②強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)是指利用泵、風(fēng)機(jī)等外部動(dòng)力迫使傳熱工質(zhì)通過集熱器進(jìn)行循環(huán)的太陽能集熱系統(tǒng)。直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)均為強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)。圖7-1直接式系統(tǒng)圖7-2間接式系統(tǒng)7.1集熱系統(tǒng)形式（3）排回系統(tǒng)在直接式、間接式系統(tǒng)中集熱器和集熱環(huán)路管道內(nèi)始終充滿傳熱工質(zhì)。排回系統(tǒng)是傳熱工質(zhì)在泵停止運(yùn)行時(shí)由集熱器回流到排回水箱，而在泵重新開啟時(shí)又流入集熱器的系統(tǒng)。需要注意的是，集熱水泵的出口端不能裝設(shè)止回閥。圖7-4排回系統(tǒng)7.2輔助熱源1.輔助熱源位置圖7-5輔助熱源所在的位置A.輔助熱源在水箱內(nèi)B.在水箱出口管路C.在旁通管上

多數(shù)氣候條件下，由于可能有持續(xù)的陰天或雨雪天，僅靠設(shè)置儲(chǔ)熱裝置難以保證穩(wěn)定可靠的供熱，因此需要設(shè)置輔助熱源來提供高可靠性和供熱連續(xù)性。7.2輔助熱源（1）A.輔助熱源在水箱內(nèi)輔助熱源提供的熱能可以供應(yīng)到儲(chǔ)熱水箱中。輔助加熱量由水箱頂部的恒溫器控制，該恒溫器將水箱頂部的溫度保持在高于最小設(shè)定值的位置。當(dāng)在太陽能系統(tǒng)中使用這樣的水箱時(shí)，通常的做法是盡量禁用較低位置的加熱器，使水箱的下三分之二基本上是儲(chǔ)存集熱器提供的熱量，而水箱的上三分之一是儲(chǔ)存輔助加熱量。優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單、便宜缺點(diǎn)增加水箱底部的水的溫度，進(jìn)而增加集熱器入口溫度，減少太陽能集熱量7.2輔助熱源（2）B.輔助熱源在水箱出口管路上（串聯(lián)）輔助熱源加熱水箱的出水，從而“補(bǔ)充”太陽能不足的部分。這就需要一個(gè)與太陽能儲(chǔ)熱水箱分開的加熱器。該加熱器可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的管道式加熱器，也可以是一個(gè)具有自身存儲(chǔ)容量的傳統(tǒng)水加熱器。調(diào)節(jié)輔助加熱量，以保持來自輔助加熱器的出口溫度在一個(gè)所需的水平。優(yōu)點(diǎn)利用最大可能的太陽能，不提高集熱器的溫度缺點(diǎn)若輔助熱源有存儲(chǔ)容量，則會(huì)產(chǎn)生額外熱損失。若輔助加熱器沒有儲(chǔ)熱裝置，則其加熱量需滿足瞬時(shí)最大用熱負(fù)荷，則使其額定供熱功率變大7.2輔助熱源（3）C.輔助熱源在旁通管上（并聯(lián)）優(yōu)點(diǎn)運(yùn)行控制簡(jiǎn)單缺點(diǎn)不能充分利用儲(chǔ)熱水箱儲(chǔ)存的集熱量繞過儲(chǔ)熱水箱直接加熱進(jìn)水，不利用水箱里蓄存的集熱量。若要使用低溫太陽能熱水，輔助加熱水必須顯著高于設(shè)定的溫度，這需要輔助熱源具有很好的出水溫度與流量的調(diào)節(jié)能力。7.2輔助熱源2.輔助加熱設(shè)備與太陽能熱泵系統(tǒng)輔助加熱設(shè)備一般應(yīng)具有可靠、穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)，主要有電加熱器、鍋爐和太陽能熱泵系統(tǒng)等。（1）電加熱器：將電能轉(zhuǎn)化為熱能（2）鍋爐：利用燃料（如煤、油、氣等）燃燒產(chǎn)生的熱量來加熱熱水或空氣優(yōu)點(diǎn)加熱速度快、加熱溫度高、調(diào)節(jié)靈活，初投資較低缺點(diǎn)電加熱費(fèi)用比較高，長(zhǎng)期運(yùn)行下成本高優(yōu)點(diǎn)供熱的熱效率較高，能夠提供穩(wěn)定的供熱效果，調(diào)節(jié)方便缺點(diǎn)供熱需要天然氣或液化石油氣，會(huì)產(chǎn)生污染，費(fèi)用高7.2輔助熱源（3）太陽能熱泵系統(tǒng)太陽能熱泵供熱系統(tǒng)就是將太陽能集熱系統(tǒng)和熱泵組合成一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)行供熱。根據(jù)太陽能集熱器與熱泵的相對(duì)位置，太陽能熱泵系統(tǒng)可分為：串聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)雙源系統(tǒng)7.2輔助熱源Ⅰ.串聯(lián)系統(tǒng)由太陽能集熱器、換熱器、熱泵和儲(chǔ)水箱等部件組成的，以水或者防凍液作為太陽能集熱器的傳熱介質(zhì)。圖7-6串聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)通過蒸發(fā)器串聯(lián)，蒸發(fā)器熱源全部來自太陽能集熱循環(huán)所吸收的熱量；太陽能集熱器提供的熱量供給熱泵蒸發(fā)器，通過熱泵達(dá)到所需的供熱溫度。7.2輔助熱源直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)：太陽能集熱器與熱泵蒸發(fā)器結(jié)合為集熱/蒸發(fā)器，低沸點(diǎn)工質(zhì)作為太陽能集熱器的傳熱介質(zhì)。1.

集熱/蒸發(fā)器中，太陽能加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)使其蒸發(fā)；2.

工質(zhì)蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)升壓升溫，進(jìn)入冷凝器放熱，加熱水箱中的水，使之達(dá)到供熱所需要的溫度；3.

工質(zhì)蒸氣冷凝為液體，經(jīng)膨脹閥回到集熱/蒸發(fā)器，完成循環(huán)。7.2輔助熱源節(jié)省換熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)更為緊湊，安裝更為方便，適用于小型家用太陽能系統(tǒng)。太陽能集熱器的工作溫度與熱泵的蒸發(fā)溫度保持一致，且與室外溫度的溫差小，因而集熱器的散熱損失小。太陽輻射小，熱泵蒸發(fā)器獲取的熱量只能來自集熱器，使得熱泵的供熱能力受限，需另設(shè)輔助熱源保證供熱。由于集熱/蒸發(fā)器存在熱泵工質(zhì)的充注量及泄漏問題，因而直接膨脹式不適用于大型的太陽能供熱系統(tǒng)。直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：7.2輔助熱源Ⅱ.并聯(lián)系統(tǒng)太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)并聯(lián)。一般太陽輻射充足時(shí)，用太陽能集熱循環(huán)提供熱量，而熱泵循環(huán)作為太陽能集熱循環(huán)不滿足供熱需求時(shí)的輔助熱源。這時(shí)熱泵一般為空氣源熱泵。圖7-8并聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)7.2輔助熱源Ⅲ.雙源系統(tǒng)熱泵采用雙蒸發(fā)器，一個(gè)蒸發(fā)器由太陽能集熱器提供熱量，另一個(gè)從其他熱源取熱?？蓪?shí)現(xiàn)三種工況的切換和運(yùn)行：1）集熱器出水溫度較高，集熱器直接供熱；2）集熱器出水溫度較低，集熱器與熱泵串聯(lián)式運(yùn)行；3）在太陽輻照不足的情況下，啟用熱泵從其他熱源取熱。圖7-9雙源式太陽能熱泵系統(tǒng)7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)1.集熱器的連接集熱器連接成集熱系統(tǒng)的方式：串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)。圖7-10（a）同程連接在實(shí)際工程中，集熱器一般采用并聯(lián)方式，且每組集熱器集熱器數(shù)目不宜超過16個(gè)或總面積不宜超過32m2。為保證各集熱器組的水力平衡，各集熱器組之間的連接推薦采用同程連接。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)當(dāng)采用異程連接時(shí)，每個(gè)集熱器組的支路上應(yīng)該增加平衡閥來調(diào)節(jié)流量平衡。圖7-10（b）異程連接集熱器組并聯(lián)：各集熱組含的集熱器數(shù)一般應(yīng)該相同串聯(lián)：個(gè)數(shù)也不宜超過三個(gè)7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)2.集熱器的布置（1）集熱器安裝方位角和傾角①宜朝向正南放置，但偏東或者偏西30°之內(nèi)都可接受；②全年使用：安裝傾角宜取與當(dāng)?shù)鼐S度相等；偏重于冬季使用：傾角應(yīng)比當(dāng)?shù)鼐暥却?0°；偏重于夏季使用：傾角應(yīng)比當(dāng)?shù)鼐暥刃?0°。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)（2）集熱器前后排間距①集熱器順著屋頂坡向安裝或組成一排時(shí)，之間無遮擋，留出安裝間距和檢修空間，不需計(jì)算日照間距。②兩排或兩排以上集熱器安裝時(shí)，應(yīng)盡量避免相互遮擋。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)集熱器前后排之間的日照間距：S——日照間距(m)；H——前排集熱器的高度(m)；αs——計(jì)算時(shí)刻的太陽高度角，γ0——集熱器方位角γ與太陽方位角γs之差，集熱器的方位角與太陽方位角都是朝東為負(fù)數(shù)，朝西為正數(shù)，正南為0。αs的計(jì)算時(shí)刻的選取原則如下：a.全年運(yùn)行系統(tǒng)：選春分/秋分日的9：00或15：00；b.主要在春、夏、秋三季運(yùn)行的系統(tǒng)：選春分/秋分日的8：00或16：00；c.主要在冬季運(yùn)行的系統(tǒng)：

選冬至日的10：00或14：00；d.集熱器安裝方位為南偏東時(shí)，選上午時(shí)刻；南偏西時(shí)，選下午時(shí)刻。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)3.集熱環(huán)路設(shè)計(jì)流量（1）設(shè)計(jì)集熱環(huán)路流量時(shí)有兩種方法：高流量系統(tǒng)低流量系統(tǒng)集熱器環(huán)路中每m2集熱器面積的流量q約為50L/(m2·h)，集熱器內(nèi)的溫升約為5-10℃。集熱器環(huán)路中每m2集熱器面積的流量q約為10-15L/(m2·h)，集熱器內(nèi)的溫升約為10-20℃?？赡軐?dǎo)致從管道中進(jìn)入水箱的水和水箱內(nèi)的水混合，使水箱的溫度分層效果下降。增加水箱溫度分層，降低集熱器入口溫度，使集熱系統(tǒng)熱性能的提高。減少回路中管道的尺寸和泵的電力消耗，管道初投資和運(yùn)行費(fèi)用降低。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)（2）太陽能集熱系統(tǒng)的流量qs集熱器單位面積流量乘以太陽能集熱器總面積就可以得到太陽能集熱系統(tǒng)的流量，即：A——集熱系統(tǒng)集熱器總面積整個(gè)太陽能集熱環(huán)路中，各管路的設(shè)計(jì)流量也可以根據(jù)其負(fù)責(zé)的集熱器面積計(jì)算出來。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)（3）集熱管路的設(shè)計(jì)①循環(huán)管路應(yīng)按1.0~1.2m/s的設(shè)計(jì)流速選取其管徑；②為了減少系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，循環(huán)管路應(yīng)盡量短且少?gòu)潱虎奂療崞鞯难h(huán)管路應(yīng)有0.3%~0.5%的坡度，以便排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣；④

在自然循環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)使循環(huán)管路朝儲(chǔ)水箱方向有向上坡度，不允許有反坡；⑤

在循環(huán)管路中易發(fā)氣塞的位置應(yīng)設(shè)有排氣閥。7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)4.集熱系統(tǒng)運(yùn)行控制太陽能集熱器通常采用開關(guān)控制和比例控制。對(duì)于比例控制，通過控制泵的轉(zhuǎn)速使集熱器出口保持一定（1）比例控制器：將集熱器出口溫度或通過集熱器的溫升維持在或接近預(yù)定值。溫度傳感器控制泵的轉(zhuǎn)速?？色@得更高的出口溫度。但如果水箱能實(shí)現(xiàn)溫度分層，使用比例控制產(chǎn)生的流量減少可能會(huì)改善溫度分層和系統(tǒng)熱性能。開關(guān)控制器根據(jù)集熱器是否獲得有用的熱輸出來決定循環(huán)泵的開停比例控制器通過控制泵的轉(zhuǎn)速使集熱器出口保持一定的溫度水平7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)4.集熱系統(tǒng)運(yùn)行控制太陽能集熱器通常采用開關(guān)控制和比例控制。開關(guān)控制器比例控制器根據(jù)集熱器是否獲得有用的熱輸出來決定循環(huán)泵的開停通過控制泵的轉(zhuǎn)速使集熱器出口保持一定的溫度水平7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)（1）開關(guān)控制方案（溫差循環(huán)控制）需要兩個(gè)溫度傳感器：S2布置在儲(chǔ)熱裝置的底部，測(cè)得溫度為Ti；S1在集熱器出口處的吸熱板（或集熱器出口附近的管道），測(cè)得溫度為Tp。圖7-13溫差循環(huán)控制7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)當(dāng)集熱泵關(guān)閉時(shí)，集熱器輸出為零，吸熱板達(dá)到一個(gè)平衡溫度：當(dāng)Tp等于Ti+?Ton時(shí)，S的值為：當(dāng)泵開啟的時(shí)候，有用得熱量為：當(dāng)式中的Son被式(7-4)替代時(shí)，變?yōu)椋海?-3）（7-4）（7-5）（7-5）7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)出口溫度可按照下式計(jì)算獲得(To?Ti)即為當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)控制器測(cè)得的溫度差。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，停止運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)必須滿足下列不等式：等號(hào)表示系統(tǒng)剛啟動(dòng)就滿足停止的條件，此時(shí)泵頻繁開啟和關(guān)閉，因此只有在式（7-8）的左邊明顯小于右邊時(shí)，系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間。（7-7）（7-8）7.3集熱環(huán)路設(shè)計(jì)打開標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)大于關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)，即比值遠(yuǎn)大于1。僅當(dāng)有用得熱量的價(jià)值超過泵送成本時(shí)，泵才啟動(dòng)運(yùn)行。工程中，?Ton一般設(shè)置為8-10℃，而?Toff一般為2-4℃。即使?jié)M足式(7-8)的標(biāo)準(zhǔn)，也可能發(fā)生啟停震蕩。清晨，儲(chǔ)熱裝置與集熱器間管道內(nèi)流體溫度低于儲(chǔ)熱裝置底部。泵初次啟動(dòng)時(shí)，冷流體進(jìn)入集熱器，致出口傳感器檢測(cè)溫度偏低，控制器會(huì)關(guān)閉泵；待集熱器內(nèi)流體升溫至適宜溫度，泵將再次開啟。盡管這會(huì)造成泵和電機(jī)的磨損，但這是將集熱器和入口管道中的流體加熱至適當(dāng)溫度的有效方法。7.4防凍、防過熱問題1.防凍問題以水為介質(zhì)的太陽能集熱系統(tǒng)，其室外集熱器與管道在寒冬易因積水結(jié)冰膨脹而損壞，高寒地區(qū)尤甚，需針對(duì)性設(shè)置防凍措施以保障系統(tǒng)越冬。常用的防凍措施：（1）通過蓄熱水箱的水循環(huán)來防凍（2）使用防凍液（3）排回防凍保護(hù)（4）防凍集熱器+室外管路上敷設(shè)自限式電熱帶7.4防凍、防過熱問題（1）通過蓄熱水箱的水循環(huán)來防凍在強(qiáng)制循環(huán)的直接式系統(tǒng)中，在集熱器吸熱體的下部或室外環(huán)境溫度最低處的管路上埋置溫度傳感器，接至控制器。當(dāng)集熱器內(nèi)或室外管路中的水溫接近凍結(jié)溫度(比如3℃~4℃)時(shí)，控制器打開電源啟動(dòng)循環(huán)水泵，將儲(chǔ)水箱內(nèi)的熱水送往集熱器，使集熱器和管路中的水溫升高。當(dāng)集熱器或管路中的水溫升高到某設(shè)定值(或當(dāng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)某設(shè)定時(shí)段)時(shí)，控制器關(guān)斷電源，循環(huán)水泵停止工作。優(yōu)點(diǎn)循環(huán)防凍措施投資較小缺點(diǎn)停電將無法使用，造成結(jié)冰凍壞；寒冷地區(qū)仍可能結(jié)冰；防凍循環(huán)時(shí)集熱器成了散熱器，會(huì)將大量熱量散失掉7.4防凍、防過熱問題（2）使用防凍液在集熱環(huán)路采用防凍液，通過換熱器把集熱環(huán)路與用熱環(huán)路分開。管路系統(tǒng)中常用的防凍劑主要為乙二醇或者丙二醇和水組成的防凍液。這種防凍方法只能用于間接系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)具有較高的可靠性，適用于寒冷和嚴(yán)寒氣候區(qū)缺點(diǎn)防凍液存在揮發(fā)等損耗情況，在冬季需對(duì)回路內(nèi)的防凍液含量進(jìn)行定期檢查，以防止防凍液耗盡造成結(jié)冰等事故7.4防凍、防過熱問題（3）排回防凍保護(hù)水作為傳熱工質(zhì)。將水排至非凍結(jié)環(huán)境的回水箱，可防止循環(huán)泵停機(jī)或停電時(shí)系統(tǒng)凍結(jié)。集熱環(huán)路工質(zhì)量大的排水系統(tǒng)，能在夜間回收工質(zhì)儲(chǔ)存熱能，減少管路與集熱器的夜間熱損失，顯著提升系統(tǒng)效率。圖7-14排回系統(tǒng)中集熱器安裝優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單可靠，不需增設(shè)其他設(shè)備缺點(diǎn)系統(tǒng)中的循環(huán)水泵要有較高的揚(yáng)程7.4防凍、防過熱問題關(guān)于排回系統(tǒng)需要注意以下幾個(gè)方面：可采用閉式系統(tǒng)（管內(nèi)液體與大氣不相通）或開式系統(tǒng)（設(shè)通氣管使管內(nèi)液體與大氣相通）。閉式無需補(bǔ)水，且能避免空氣進(jìn)入集熱回路腐蝕管道設(shè)備。水箱容積要略大于集熱回路的容水量。集熱器及連接管道需特殊設(shè)計(jì)，回水箱需低于室外集熱器與管路，確保停機(jī)時(shí)水可排空。附近必須有供暖空間來放置泵和排回水箱。設(shè)計(jì)需兼顧動(dòng)壓損失（管道摩擦所致）與靜壓損失（回水箱液面至集熱器頂部高度差所致）。7.4防凍、防過熱問題（4）防凍集熱器+室外管路上敷設(shè)自限式電熱帶①

防凍集熱器集熱器需置于室外，選用防凍型集熱器可避免嚴(yán)冬凍損。熱管式真空管集熱器、內(nèi)插熱管的全玻璃真空管集熱器均屬此類，因其熱水不直接進(jìn)入真空管，玻璃罩管不接觸水，且熱管工質(zhì)容量小，即便在零下幾十?dāng)z氏度環(huán)境中也不易凍壞。7.4防凍、防過熱問題②

室外管路上敷設(shè)自限式電熱帶自然/強(qiáng)制循環(huán)直接系統(tǒng)中，可在室外易結(jié)冰管路敷設(shè)自限式電熱帶防凍。其原理為：電熱帶附近設(shè)熱敏電阻并接入電路，通電后加熱管路水的同時(shí)使熱敏電阻升溫、電阻增大，電阻達(dá)閾值時(shí)電路中斷，電熱帶停轉(zhuǎn)降溫；該過程反復(fù)循環(huán)，既防管路水結(jié)冰，又避免電熱帶過熱風(fēng)險(xiǎn)。此方法需消耗電能，但在嚴(yán)寒地區(qū)行之有效。7.4防凍、防過熱問題2.防過熱問題夏季太陽輻射強(qiáng)且無/低用熱負(fù)荷時(shí)，集熱量遠(yuǎn)超用熱量，系統(tǒng)水溫持續(xù)升高，若時(shí)長(zhǎng)過久，工質(zhì)溫度、壓力易超允許值，導(dǎo)致系統(tǒng)損壞或安全事故。具體危害如下：A.高溫加速非金屬材料（橡膠墊圈、密封材料）老化，引發(fā)管道密封不嚴(yán)、漏水；還可能損傷集熱器（如真空管選擇性涂層脫落），縮短使用壽命、降低性能；B.工質(zhì)汽化產(chǎn)生蒸汽，可能阻塞液流致系統(tǒng)停運(yùn)；壓力過高還會(huì)造成管道/設(shè)備爆裂，引發(fā)安全事故；C.若工質(zhì)為乙二醇等防凍液，溫度超115℃時(shí)會(huì)分解，產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)。7.4防凍、防過熱問題幾種常用的防止過熱的措施：（1）遮陽在太陽能集熱器上方加裝遮陽板或覆蓋遮陽布，可減少陽光直射，直接有效避免集熱器過熱。目前主流為電動(dòng)控制遮陽：當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)設(shè)定限值時(shí)，通過網(wǎng)布、卷簾等隔絕太陽輻射；但該方式依賴電力（停電失效）、成本高、機(jī)械故障多、售后繁瑣，且遮蓋物需具備抗風(fēng)、耐候性，實(shí)際應(yīng)用較少。7.4防凍、防過熱問題（2）在集熱環(huán)路中設(shè)置散熱裝置在水箱內(nèi)置換熱盤管或外置板式換熱器，并連接冷卻裝置。當(dāng)系統(tǒng)溫度超設(shè)定上限時(shí)，水泵啟動(dòng)，熱水進(jìn)入閉式冷卻裝置（以室外空氣為介質(zhì)）散熱，降溫后回流至集熱系統(tǒng)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)控溫。圖7-15集熱環(huán)路中設(shè)置散熱裝置7.4防凍、防過熱問題（3）排回系統(tǒng)排回系統(tǒng)在貯水箱水溫超過設(shè)定的最高溫度時(shí)關(guān)閉水泵，傳熱工質(zhì)排回，使集熱器進(jìn)入空曬狀態(tài)。集熱系統(tǒng)不再加熱水箱，從而避免水箱溫度升高或沸騰造成系統(tǒng)部件的損壞。缺點(diǎn)是集熱器處于空曬狀態(tài)，集熱器內(nèi)的吸熱體溫度很高，尤其是真空管集熱器，溫度有時(shí)能超過200℃，這可能導(dǎo)致選擇性吸收涂層脫落，對(duì)集熱器造成損傷。（4）歐洲新型過熱保護(hù)方案7.5部件對(duì)熱性能的影響1.集熱器管道損失影響分析太陽能系統(tǒng)中，進(jìn)出集熱器的管道造成的損失比較大。用修正的集熱器UL值和（τα）值,來體現(xiàn)管道熱損失的影響。①流體以溫度Ti進(jìn)入管道；②因環(huán)境溫度Ta<Ti，發(fā)生熱損失，進(jìn)入集熱器前溫度下降ΔTi；③流體經(jīng)集熱器加熱后達(dá)到出口溫度；④流經(jīng)出口管道時(shí)與環(huán)境發(fā)生熱損失，溫度又降低到To圖7-16通過管道集熱系統(tǒng)的流體溫度變化7.5部件對(duì)熱性能的影響從能量平衡知道，這種管道-集熱器系統(tǒng)獲得的有用得熱量可以用下式表示：獲得能量也可以表示成集熱器獲取的能量減去管段熱損失：管段熱損失就等于從入口到出口管段的全部損失，并用下列式子表示：式中Ud是管段的熱損失系數(shù)。式中Ai和Ao分別是入口和出口管段的損失面積。（7-9）（7-10）（7-11）7.5部件對(duì)熱性能的影響對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)非常好的系統(tǒng)，管段損失應(yīng)該是非常小的，因此積分解可以近似用進(jìn)出口的溫度表示：式中Ai和Ao分別是入口和出口管段的損失面積。聯(lián)立方程(7-10)和方程(7-12)，熱損失就可以用有用得熱量和進(jìn)口流體溫度來表示：（7-12）（7-13）7.5部件對(duì)熱性能的影響由于集熱器入口側(cè)熱損失造成的溫度減少量?Ti，可以近似的表示成下式：將方程(7-13)、(7-14)代入到方程(7-10)，管道-集熱器系統(tǒng)的有用得熱量可以表示成下式：（7-14）（7-15）7.5部件對(duì)熱性能的影響通過定義（τα）和UL的修正值，方程(7-15)可以寫成普通的集熱器方程：上式中有：和（7-16）（7-17）（7-18）7.5部件對(duì)熱性能的影響2.串聯(lián)集熱器的分析集熱器陣列的模塊可采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接，其整體性能取決于排列形式、流體流量及各模塊入口溫度。對(duì)于串聯(lián)的集熱器模塊，

提出了有用得熱量的計(jì)算方法。分析中兩個(gè)集熱器的性能參數(shù)可以不同，但每個(gè)集熱器的兩個(gè)特征參數(shù)都要給定。圖7-17串聯(lián)和并聯(lián)的集熱器模塊示意圖7.5部件對(duì)熱性能的影響串聯(lián)后有用得熱量為：其中Ti是這對(duì)集熱器的入口溫度；To,1是第二個(gè)集熱器的入口溫度，即第一個(gè)集熱器的出口溫度。聯(lián)立上面兩方程消掉其中的To,1，相串聯(lián)的兩個(gè)集熱器的有效集熱量即為：K的值為：（7-19）（7-20）（7-21）（7-22）7.5部件對(duì)熱性能的影響分析方程（7-21）后，發(fā)現(xiàn)可以把兩個(gè)串聯(lián)的集熱器看作單個(gè)集熱器，這個(gè)集熱器有下列特征：若串聯(lián)3個(gè)及以上集熱器，可將前兩個(gè)整合為一個(gè)等效集熱器，第三個(gè)即作為新的“第二個(gè)集熱器”，此方法適用于多臺(tái)集熱器串聯(lián)的計(jì)算場(chǎng)景。實(shí)際應(yīng)用中，集熱器串聯(lián)數(shù)量通常不超過3臺(tái)。（7-23）（7-24）（7-25）7.5部件對(duì)熱性能的影響如果這兩個(gè)集熱器是完全一樣的，方程（7-24）和（7-25）可以簡(jiǎn)化成下列式子：對(duì)于N個(gè)相同的集熱器串聯(lián)的情況，Onketal.（1979）已經(jīng)表明方程（7-24）和（7-25）可以重復(fù)應(yīng)用，結(jié)果如下所示：（7-26）（7-27）（7-28）（7-29）7.5部件對(duì)熱性能的影響3.換熱器的影響分析如圖7-18所示的間接式系統(tǒng)，集熱器與儲(chǔ)熱裝置之間設(shè)有熱交換器，要分析換熱器對(duì)系統(tǒng)性能的影響。1975年，deWinter采用修正的FR值，使得集熱器和熱交換器結(jié)合后的有用得熱量的表達(dá)形式如同僅僅使用集熱器一樣。圖7-18集熱器與儲(chǔ)熱裝置之間有熱交換器的液體系統(tǒng)示意圖7.5部件對(duì)熱性能的影響用效能系數(shù)ε表達(dá)熱交換性能：式中(mCP