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  • 太陽能加熱池水系統

    2020-08-07

    太陽能加熱池水系統

         太陽能是清潔安全的永久性可再生能源,具有貯能豐富,使用方便,對環境不產生或極少產生污染,可減少溫室氣體排放,具有明顯的社會效益和經濟效益,也被認為是未來能源結構不可忽視的基礎。因此世界各國對太陽能的利用都相當重視,以減少對煤炭、石油、天然氣等不可再生的一次性能源的依賴。我國地處北半球歐亞大陸的東部,幅員遼闊,有著十分豐富的太陽能資源,全國年日照小時數在200h以上的地區,約占全國總面積的三分之二以上,具有利用太陽能的良好條件。

         太陽能在池水加熱中的利用

         民用建筑利用太陽能制備生活熱水方面的實踐證明,太陽能不僅節約了大量常規能源,其經濟效益很顯著,而且對減少CO2排放量,保護環境方面也具有極大的社會效益近些年給水排水專業的設計人員與產品供應商密切配合,將太陽能用于游泳池池水加熱方面也取得了可喜的成效

          1.我國最早將太陽能作為熱源對游泳池水進行加熱的是在20世紀80年代,云南省昆明市一些高等院校的游泳池,利用太陽能集熱器組直接對池水進行加熱。當時處于改革開放的初期,由于受這方面的技術信息、產品品種等因素的制約,在調試使用過程中出現過一些問題,如:①太陽輻射強度大時,集熱器表面玻璃爆裂;②池水水溫無溫度調節功能:③集熱器與池水循環系統共用一套過濾器,因兩者壓力相差較大,不能保證兩個系統同時運行,影響池水水質;④集熱器組合塊數過多,流量差異增大,水溫分布不均勻;⑤管道系統零件多、施工麻煩、效果差,出現接頭脹裂、漏水等。他們針對出現的這些問題進行改進,采取:①將集熱系統與池水循環系統分開設置:②集熱器分組并聯設置:③集熱系統末端設置高于出水管標高的水泵停止運轉時的虹吸管等措施后,使系統能正常運行,達到了預期效果

          2.近幾年,太陽能用于游泳池池水加熱的技術日趨成熟,已被廣大用戶認可而接受。在北京、上海、廣東、昆明、浙江、哈爾濱、山西、福建、南寧等省市都有成功應用的實例

         1)北京某學校游泳池為50m×15m×(0.8~1.5)m,水面面積750m2,新建時采用常壓燃油鍋爐高溫熱水為熱源,由于運行成本較高,開放時間也受到限制。為此,他們對池水加熱系統進行了改造,采用了太陽能對池水及淋浴水進行加熱。太陽能集熱器為全玻璃真空管型,傳熱工質為水,集熱器總面積350.4m2,共分4個組團,每個組團由2829塊組成。為保證吸熱均勻,集熱器組團采用等行程配管。設有3個6.0m貯熱箱,為溫差式強制循環方式。供水溫度為55℃時的供水能力:夏天約為35m3/d,各季約為14m2/d。將太陽能制備的高溫熱水作為游泳池熱水系統的熱源,經過換熱器對池水及洗浴水進行加熱。據介紹,通過市場價格測算,每加熱1m2的55℃熱水,太陽能耗電為人民幣2.2元,而燃油鍋爐約為人民幣27元,不僅經濟效益很顯著,同時還增加了游泳池的開放時間,其社會效益也是很明顯的。當然,在冬季還需用燃油鍋爐補充池水和洗浴水加熱因太陽能熱量不足的熱量。北京市某社區所采用太陽能集熱板面積與游泳池表面積之比約為0.47:1,從2004年投入使用以來,除采暖季節(當年的11月15日至次年的3月15日)需要輔助熱源(城市熱網)開啟運行外,其他季節輔助熱源可不運行。在過渡季節當中,池水水溫也能維持在26℃以上,滿足了使用要求。

         2)北京某公司游泳館設有50m×21mX(1.2-1.8)m的標準游泳池單體建筑,池水面積1050m2,采用真空管集熱器,由于屋面面積限制,僅能設置250m2的太陽能集熱器,為彌補春、秋、冬季的應用,又不想為此單建鍋爐房帶來的環境污染,經多方面進行比較后,采用液流熱能發生器和熱風熱源兩種輔助熱源,即采暖季節用城市熱網;非采暖過渡季的不足熱量由電能提供:4月中旬至10月中旬期間則以太陽能供熱為主。從2005月投入使用以來,也取得了良好的經濟效益

         3)上海某游泳池,游泳池尺寸為25mX15m×1.73m(均深),兒童戲水池,池水設計溫度28℃,室內空氣溫度30℃。由于屋面面積限制,僅安裝了63塊真空熱管太陽能集熱器,每塊集熱器面積2.2m×2.45m=5.39m2,總面積約為338m2  太陽能熱水作為游泳池加熱系統的熱源,不足部分由輔助熱源一燃氣熱水鍋爐供給90℃的熱水供給。

         4)昆明某游泳訓練館,游泳池尺寸為50m×25m×(1.4~1.8)m,在屋面上安裝了312塊(每塊尺寸為3.85m×1.2m=4.62m2)總面積約為1442m2非光滑材質的塑料材質太陽能集熱器。基本情況為初次池水加熱時間約需2~3d(由于輔助熱源尚未接通),池水溫度約為26℃左右,館內無空調設施。由于游泳池水是直接加熱,溫度控制相對簡單,只設定池水溫度,達不到設定溫度時,太陽能運行工作,當達到設定溫度時,太陽能停止工作。為適應太陽能豐富季節池水超過規定太陽能無必要開啟情況,集熱器可采用并聯方式,此時期可關閉部分集熱器不運行或用管閥門切換,將淋浴水接入不參與池水循環的集熱器進行預熱,充分利用太陽能熱能,達到更好的節能效果。

        5)冬季太陽能集熱器因氣溫偏低,集熱效率極低,則集熱器已無使用價值。這就要求將集熱器內的存水全部排空,以防冬季寒冷結冰使管道破裂。可采用人工方法或自動方法排空,這一點從設計上就要予以注意。

         游泳池太陽能加熱系統的組成

         1.太陽能間接式加熱系統一般由集熱器、蓄熱水箱、輔助加熱設備、控制系統、循環水泵和集熱管道等組成。見圖11-2所示。

     

         1)集熱器:太陽能集熱器是吸收太陽能輻射熱,并將產生的熱能傳遞到傳熱工質的裝置,是太陽能供熱系統的關鍵組件

         2)蓄熱水箱:蓄熱水箱是保證太陽能供熱系統穩定運行而貯存由太陽能集熱器轉接而獲得的熱量一一熱水,并通過換熱設備將貯熱水箱中熱水之熱量轉輸到池水中。

         3)蓄熱循環水泵:為充分吸收太陽熱能保證貯熱水箱的水溫,而強制實現集熱器與貯水器之間進行循環獲取太陽熱能而設置的動力裝置。該系統的貯熱水箱的設置標高不能高出集熱器。

         4)集熱管道:為保證集熱器和貯水器間形成完整的循環系統,而設置的連接集熱器與貯熱水箱的相關管道

         5)輔助熱源:為了彌補太陽能供熱的不均衡工況,而設置的用于提供補充熱量的非太陽能熱源。

         6)控制系統:包括溫度傳感器、水位傳感器、壓力表、安全閱、各類園門等

         2.游泳池池水太陽能直接式加熱系統一般由集熱器、循環水泵、輔助加熱設備、真空吸氣閥管道及附件和自動控制系統等組成,詳見圖11-3所示。其中真空吸氣閥是起當循環水泵停止運轉時,空氣通過該閥進人管道內,使管內的水在重力作用下回流到游泳池,確保排空管內存水,以防止寒冷冬季管道不會被凍壞。

     

         該系統的工作原理為池水通過循環水泵加壓送到屋面上的集熱板中,利用水的流動帶走集熱板獲得的太陽照射產生的熱量,使水升溫,再將升溫后的水送回游泳池,如此往復使池水升溫至設計要求的溫度。該形式集熱板的進出水溫差僅為1~3℃,非常適合游泳池池水的加熱系統的升溫要求,即為專用游泳池太陽能集熱器。

         為保證系統經濟合理運行,一般應在系統中設太陽能輻射感應探頭和水溫感應探頭,以實現系統的自動控制運行。即如水溫探頭所測水溫不在設定范圍內時,它就送給控制器的開機信號;如太陽輻射感應探頭測到有足夠的太陽能輻射熱能,則就自動開啟循環水泵;如該探頭沒有測到足夠的太陽輻射時則就自動關閉循環水泵;如水溫探測頭所測水溫在設計使用水溫設定范圍內時,則不論太陽輻射熱情況,循環水泵都會停止運行。

          輔助熱源與太陽能供熱系統可以聯動控制,以實現太陽能加熱系統無太陽輻射熱或太陽輻射熱不夠時,開啟輔助熱源予以補充或全量供給。

     

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