分级蓄热策略在太阳能热水系统中的应用

分级蓄热策略在太阳能热水系统中的应用方达龙摘要：通过对分级蓄热策略在不同项目中的应用情况分析，得出采用分级蓄热策略可大大提升太阳能热水系统的利用率。关键词：分级蓄热策略最大化利用太阳能太阳能热水系统0引言太阳能热利用产品在中国的发展异常迅速，根据行业调查报告显示，2008年、2009年我国太阳能热水器年产量分别达到3100万m2(21700MWth)和4200万m2(29400MWth),分别较上年增加32.5%和35.5%。随着太阳能行业的飞速发展，人们对太阳能产品的接受程度也大为改观，从最初的排斥到现在的接受，随着太阳能热水技术的推广，人们对这一节能先锋的了解也越来越多，从而对产品的要求也越来越高，正是因为有了客户的不断需求和太阳能生产厂家的不断努力，太阳能产品的品质都有了长足的提升。随着太阳能行业的飞速发展，太阳能利用从最初的家用市场到现在已发展成了三大市场，分别为热水工程市场、农村市场和国际市场。2010年太阳能工程市场已接近市场总量的50%。而一个成功的太阳能工程包含的因素是多方面的，其中一个合理的运行策略是至关重要的，本文中将结合实例来说明分级蓄热策略在太阳能热水系统中的应用。1分级蓄热策略简介太阳能热水系统主要分为热量收集区、热量储存区、和热量使用区三大部分，分级蓄热策略主要是把热量储存区分成两个或两个以上的优先级，通过控制系统使集热区优先集中加热优先级别最高的蓄热水罐，这样可以在较短的时间里使一级水罐达到能够使用的温度。即便是在天气不好的情况下，一级水罐也能获得较高的温度，这样做的好处就是用户即使不开启辅助加热设备也能通过使用太阳能加热的水正常洗浴。分级蓄势策略的实施一般来说主要应用于大、中型太阳能热水系统中，对于家庭用户来说，分级策略的应用带来的好处不是那么明显，但是对于大、中型系统，这种好处是显而易见的。2分级蓄热系统在奥运大厦太阳能热水系统中的应用奥运大厦是2008年北京奥运会举行前期及举行期间奥运会组委会人员办公的主要场所。ELCO的真空直流热管式太阳能热水系统就安装在这栋意义非凡的大厦楼顶上，非常忠实地为北京奥运贡献着自己的热量。奥运大厦太阳能热水系统总用水量10吨，采用了三个容量为3吨的蓄热水罐来储存热水，另外还设置了一个1.5吨的带功率为60kw电辅助加热的水罐，四个水罐依次串联，如下图中的4个大水罐，从右往左依次为供热水罐→一级蓄热罐（Sp1）→二级蓄热罐（Sp2）→三级蓄热罐（Sp3）。系统的运行原理为：集热区受到太阳照射温度升高，当集热区温度也水罐中的水温差值到达设定值时，三个水罐中对应的某个电磁阀打开，水泵开始运行，把热量转移到水罐中去，而具体转移到哪个水罐，则根据设定的“分级蓄热策略”来执行。在这个项目中，集热系统首先加载水罐SP1（具体加载方式是打开位于这个水罐换热盘管回路中的电磁阀，关闭其他两个盘管回路上的电磁阀）当水罐SP1温度上升到65℃时，切换至加载水罐SP2，当水罐SP2温度上升到70℃时，再切换至水罐SP3，在加热水罐Sp1和SP2的过程中，系统会每隔一段时间检测水罐SP1、SP2温度是否下降，是否再次满足了运行条件，若满足条件，则按加载优先级别重新确定加载哪个水罐。该项目于2005年12月底完成安装调试，取正式投入使用后的数据（2007.7.20）进行分析：02040608010012001002003004005006007008009001000S4S6S8K1K2K3radi.S430334048516565656565S621222123212128354345S820222123222020202020K19999999999990000K200000099999999K30000000000radi.2324486245808408806605106703088:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00上表中，S4、S5、S6分别表示水罐SP1、SP2和SP3的水温，从图表中可以看出，当天的太阳辐照量属于一般水平，到中午12:00,辐照量开始下降，系统在13:00以前一直加载的是水罐SP1，所以水罐SP1的温度一直处于上升的状态，这段时间中，水罐SP2、和水罐SP3温度几乎没有变化。大约在中午13:00时，水罐SP1的温度达到了65，此时，系统开始加载水罐SP2，水罐SP2的温度开始逐步上升。直到下午17:00时，水罐SP2的温度到了45℃。此时，水罐SP3的水温S8仍维持在20℃左右，说明在这一天里，这个水罐并没有被加热到，但是水罐SP1和水罐SP2的水温已经可以满足用水温度了。若此时用户用水量不大于6吨，则完全不需要开启电加热进行辅助加热。但我们可以根据物理学公式：Q吸=Q放，和Q＝cmΔt,可以推算出若系统中只设置一个10.5吨储水罐时可以升高的温度是多少度。假设可以升高到的温度为T，则有下式成立：QSp1+QSp2=C*m*(T-T0),从测试数据可知：T=36.9℃显然，这个温度不足以达到洗浴温度，若需要满足洗浴要求，则电辅助加热系统需要对10.5吨水提升10℃左右的温度，这就造成了对能源的一种浪费。实际运行情况表明，采用了分级蓄热策略后，奥运大厦在每年的春、夏、秋三个季节里，电辅助加热基本上都没有启动过，只有在冬季日照条件不好且用水量较大的的情况下才需要启动辅助加热系统。3分级蓄热系统在奥运村太阳能热水系统中的应用奥运村是北京2008年奥运会期间世界健儿们的临时居住地，奥运村的太阳能热水系统为来自全世界的朋友们提供了来自太阳的热水，装点了绿色奥运的主题，也证明了分级蓄热策略在大型住宅场所的应用是成功的。奥运村太阳能热水系统按区域划分为五个热力中心区，各个热力区均采用了分级蓄热策略，具体实施方法为，将蓄热水箱分为高、低温两个，在天气晴好条件下，两个水箱的温度都可以达到70℃左右，而在天气不太好的情况下，则可以保证高温水箱达到较高的温度，以确保运动员们还是可以用到太阳能提供的热水。4分级蓄热系统在世博中心太阳能热水系统中的应用世博会期间，世博中心是接待国家元首级贵宾、举办庆典活动和会议论坛的重要场所。世博会后，世博中心将转型为具有国际一流水准的高端会议中心，具备举办“上合峰会”、“APEC会议”等大规模国际性会议的能力。位于世博中心西侧的大巴车棚在世博会期间在世博会期间也发挥了重要的作用，一方面为媒体用车遮挡烈日，另一方面却为世博中心的热水贡献着自己的力量，如果不细看，你是发现不了其中的秘密的。实际上，大巴车棚顶上铺设着太阳能集热器，而这一切又与车棚结合得天衣无缝，你根本找不到管道和阀门，因为它们都被巧妙地“藏”了起来。同样，世博中心太阳能热水系统也采用了分级蓄热的运行策略，确保了世博期间为世博中心提供正常的热水需求的同时又最大限度的节省了能量。5结语分级蓄热策略的应用体现了最大化利用太阳能的理念，无论从理论上还是从实际的运用中，都有着重大的意义。一个成功的太阳能热水系统并不仅只有好的太阳能产品，还需要有合理的设计理念和运行策略，当然安装和调试也是不可忽视的。分级蓄势策略只是太阳能系统中很少的一部分，但它体现的是一种意识和理念，它是以“最大化利用太阳能”作为指导思想的一个结果。只要我们在各个环节中时刻牢记这一思想，我想我们会有更多的发现和收获。