２００６年第４期（总第４３期）

山西能源与节能

ＳＨＡＮＸＩＥＮＥＲＧＹＡＮＤＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ

２００６年１２月出版

诸城太阳能热水工程控制系统的设计

王晓梅，吕东岚

（山东建筑大学，山东

济南

２５０１０１）

摘要：太阳能热水系统的控制系统设计是保证其可靠运行的关键，介绍了太阳能热水系统的工作原理及工程控制方案，供工程人员进行太阳能控制设计时参考。关键词：太阳能热水系统；自控；节能中图分类号：ＴＫ５１３文献标识码：Ｂ

０引言

现在人们越来越重视自己的生存环境，环境保护意识迅

速强化，随着能源的日渐紧张，能源价格的不断上调，太阳能在建设工程项目中的应用逐渐受到人们的关注。太阳能热水工程具有环保、节能、经济、投放比高等优点，再加上良好的政策环境、行业本身的特性、技术的日趋成熟，太阳能产业的发展潜力巨大。但太阳能能量密度低、加热时间长、每天的太阳辐射量不确定，因此，用太阳能供热水和采暖具有可靠性差，每天产热水量不确定等缺点，必须采用太阳能与辅助加热相结合的方法来解决热水保证问题。如何使太阳能热水系统达到既能充分利用太阳能产生的热水，又能确保热水供应、用户采暖的可靠性，是太阳能热水工程亟待解决的问题。另外，太阳能热水系统的可靠性，系统运行的合理性等都是工程设计者必须考虑的问题。再则，除了太阳集热器等系统产品本身的质量外，电气控制系统设计也是保证太阳热水系统能否可靠、智能运行的关键。

太阳能热水器是太阳能热利用中最具有代表性的一种装置，从技术方面来说已经比较成熟，太阳能热水器是一种特殊的热交换器，是集热器中的工质与太阳之间的热交换装置，与燃气、电热水器相比较，既安全又节能。太阳能热水系统中一般包含：太阳能集热器、储热器、分配器、辅助加热器、控制器。为了充分利用太阳能，必须先“收集”和“储存”起来，然后在适当时候将其“分配”出来。这一过程必须加以“控制”，另外当获取或储存的太阳辐射热量不能满足采暖负荷的时候，则需要辅助热源来补充解决。

箱设定温度时，也可由辅助电加热装置或锅炉、蒸汽等其他热源进行辅助加热。在实际工程应用中，需要综合考虑太阳能集热系统的形式、热量的储存、系统管路防冻、辅助加热设备的选用以及热水供应的方式等各种因素。

一般在太阳能热水系统中设两个热水箱，一个太阳能储热水箱和一个恒温供水箱。太阳能直接对储热水箱加热，由恒温供水箱向热水用户供热，恒温供水箱由太阳能储热水箱补充热水，当热水供水温度不能满足使用要求时，启动辅助加热设备进行加热，保持供水温度维持在一个相对恒定的范围。两个水箱的容积应根据热水系统的功能和用水特点进行确定，一般的生活热水系统用水高峰集中在晚间和早晨，所以太阳能储热水箱应能储存晴好天气全天８０％以上的热能，恒温供水箱应能满足热水系统的设计供水需求。

２采用太阳能热水系统的经济效益分析

太阳能热水器的使用寿命一般为１５年，虽然太阳能热水系统初投资略高，但由于其运行费用比较低，具有巨大的应用前景。

３控制系统设计应考虑的问题

１全玻璃真空管集热器的工作原理

全玻璃真空管集热器，早期的规模比较小的项目多采用此种集热器，因其投资较低，在太阳能热水工程市场上占有相当比重。真空管集热器组吸收太阳辐射能转化成热能，由循环泵将储水箱中的低温水输入集热器，水被加热后再回到储热水箱，不断循环，累积加热，使水箱中的水达到使用的温度，循环泵的工作由中心控制器进行控制，集热器温度和水箱温度温差大于设定值时，循环泵就运转，集热器温度和水箱温度差小于设定值时，循环泵就停止。当全天太阳能加热达不到水收稿日期：２００６ˉ０８ˉ０３作者简介：王晓梅（１９８１－

），女，山东烟台人，山东建筑大

学热能工程学院建筑环境与设备工程专业，在读硕士研究生。

目前，常用的太阳热水系统主要有自然循环系统、机械

循环系统和定温放水系统。不同的太阳热水系统，其控制系统的设计也不同。本文以带蒸气辅助加热的机械循环太阳热水系统为例，其系统运行主要应考虑以下几点：

ａ）当太阳能产生的热水装满储热水箱时，如何继续有效地利用太阳能；

ｂ）当太阳能产热水量不足时，如何起动蒸气辅助加热补充所需热水；

ｃ）如何既确保热水供应的可靠性，又最大限度地利用太阳能产生的热水，减少不必要的蒸汽辅助加热，从而降低运行成本；

ｄ）如何解决冬季防冻，自动补水等功能；ｅ）如何实现采暖系统、热水供应系统的自动化控制，做到实际可行。

４主要技术参数和指标

系统主要分集热循环和用热循环两部分，换热的热水进入蓄热水箱用以供热使用。

工程建筑面积：２０１８９ｍ２集热器：采用全玻璃真空管集热器，全年太阳能利用率６０％