热管真空管太阳能中央热水系统

　　1、太阳能中央热水系统的适用范围
　　长期以来太阳能应用推广最普及的产品是太阳能热水器，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。建筑物的中央热水供应系统中，采用太阳能结合常规能源作为热水系统热源，成为中央热水系统降低能源消耗、节约运行费用、减少环境污染的一个有力的措施。
太阳能作为一种清洁的可再生能源，适用于各种低温热水的应用领域，如社区会所，公寓，宾馆，饭店等热水中心；学校，机关，部队，工厂，招待所，医院，养老院，幼儿园等的浴室，游泳池等，既可作为生活热水，也可以作为工业生产作业热水、开水预热等。这些地方的热水供应一般具备如下特点。
　　（1）较大容量需求，一般是每日数吨或数十吨，甚至更多；
　　（2）温度范围一般40-60℃，最高不超过90℃；
　　（3）24小时或白天8小时供热水，用水时间长；
　　（4）用水舒适度一般要求达到宾馆用水要求。
　　2、几种典型的太阳能中央热水系统性能对比
目前常见的太阳能中央热水系统按采用太阳能集热器的不同主要有以下几个类型。
　　（1）平板集热器太阳能热水系统
应用比较早的一种太阳能热水系统形式，因防冻问题以及其本身集热性能受季节和环境影响较大，在我国北方应用较少，主要集中在南方地区。
　　（2）全玻璃真空管集热器太阳能热水系统
早期的规模比较小的项目多采用此种集热器，或将采用全玻璃真空管集热器的家用太阳能热水器串并联组成集中热水系统。因其投资较低，在太阳能热水工程市场上占有相当比重。
　　（3）U型管真空管集热器太阳能热水系统
U型管真空管集热器替代全玻璃真空管集热器在工程中应用，解决了系统承压运行问题，但因其系统阻力大，热性能不理想、安装维护等因素影响使用较少。
　　（4）热管真空管集热器太阳能热水系统
热管真空管集热器从根本上解决了其它类型太阳能集热器在热效率、承压能力、防冻性能、安装维护方面的存在的问题，价格适中，是目前太阳能热水工程中最理想的集热器形式。
　　通过比较几种太阳能热水工程的主要性能可见，从高效、安全、耐久、防漏、防冻、防垢、可靠运行，长期免维护，建筑构件型长寿命等因素综合比较，热管式真空管集热器热水系统为首选。

　　4、热管真空管太阳能中央热水系统
　　热管真空管太阳能集热器作为第四代太阳能集热产品，它的开发和应用已经有十余年的历史，因其热性能和运行维护上的突出优势，目前正迅速发展，逐渐替代其它类型的太阳能集热器产品成为热水器和热水工程市场的主流。
　　（1）热管真空管的工作原理及性能特点
　　热管真空管是金属芯玻璃真空集热管的一种形式，它是一种高效的太阳能集热元件，它具有工作温度高、承压能力大、耐冷热冲击、抗冰雹、全年工作等独特的优点，是继闷晒型、平板型、全玻璃真空管之后的第四代太阳能集热产品。
　　太阳光透过玻璃管，照射在内玻管的吸热涂层上，高吸收率的太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能。从吸热涂层通过内玻管和弹性铜片，将热能传至热管，迅速将热管蒸发端内的少量工质汽化，被汽化的工质上升到热管冷凝端，使冷凝端快速升温。冷凝端向被加热的工质(金属水或空气)放出汽化潜热后，冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端，再汽化再冷凝，利用热管内少量工质的汽—液相变循环过程，连续地将吸收的太阳辐射能传递到冷凝端的加热工质。
热管真空管具有如下优异特性：
　　①热管传热，管内不进水，从根本上避免了平板集热器及全玻璃真空管内因结水垢而引起水道堵塞不能运行和管内结垢影响输出功率等问题。
　　②特殊防冻技术，即使在-50℃的严寒条件下，仍无冻坏之忧。避免管内长期存水，受严寒冰冻，在热膨胀冷缩情况下易碎管问题。
　　③热管式真空管热管热容小，启动快，在阳光下2分钟即可启动输出能量。
　　④在天气阴晴多变的情况下，比其他热水器产生更多的热水。
　　⑤高性能选择性吸收镀层及真空保温技术，保证在多云天气及相对温度大的地区仍有较高的热效率，可有效使用，所以冬天性能尤为突出。
　　⑥集热板封装于真空玻璃管内，即使在潮湿地区，也不受腐蚀，使用寿命长。
　　⑦承受力强，当连接成大面积集热系统时，能承受循环泵的压力而在承压热水系统推广中独具优势。
　　⑧热管式真空管太阳能集热管，抗冷热冲击好，运行安全可靠，安全避免损失一支集热管而造成整个系统不能运行的问题。
　　（2）热管真空管太阳能集热器
热管真空管集热器由热管真空管，联集管，保温盒，支架等部分组成。
每支热管真空管的冷凝端通过导热块或导热套管的导热，将热量传递给集管，使集管内工质迅速加热，被加热的工质(水)经过集管时，将热量带走。并通过循环管路将热量传至储热水箱。在这个工作过程中，真空管的冷凝端与导热块是干性连接。被加热工质不流经真空管，因此真空管的安装十分简单。而且真空管不与介质发生干扰，即使某个真空管发生损坏，太阳能集热器的工作并不因此中断。集管放置在保温盒的中心，在保温盒内填充了保温材料，有效地控制了运行过程中的热量损失。
　　（3）热管真空管太阳能中央热水系统工作原理
热管真空管太阳能中央热水系统通常由集热器组、储热水箱、循环泵和管路、电气控制仪、辅助水箱、辅助加热设备等组成。
　　热管真空管集热器组吸收太阳辐射能转化成热能，集管不断温升达180℃左右，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温差小于设定值时，循环泵就停止。当全天太阳能加热达不到水箱设定温度时，也可由辅助电加热装置或锅炉、蒸汽等其它热源进行辅助加热。
　　5、热管真空管太阳能中央热水系统的应用
　　实际的工程应用中，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和恒温供水箱。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一般集中在晚间和早晨，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。
　　热管真空管可以耐-50℃低温，正常的使用环境下，无结冻隐患。太阳能热水系统的防冻措施主要针对系统管路。除了完善的保温处理外，集热系统一般采用排空法进行防冻，即储热水箱安装于系统最低点，在系统顶端设自动排气阀，当太阳能循环泵停止运行后，集热系统里的水全部回流入水箱。该方法实施简单、安全可靠，起到防冻作用的同时也避免了管道内存水造成的热损失。在储热水箱的设计时应考虑最高补水位之上能够容纳该部分防冻回流水量。
　　热管真空管太阳能集热器因具有高效、承压、抗冻、安装方式灵活（具有普通型和水平型两类产品）等诸多优点，使其在工程应用中具有更大的适应性，可以应用于各种大面积太阳能集热系统中，通过各种形式的安装轻松的实现与建筑的结合。根据不同的建筑情况，热管真空管太阳能集热器一般水平或倾斜安装与无遮挡的建筑物南向屋面，特殊情况也可安装于南立面墙、阳光屋顶、景观走廊或融入各种建筑造型之中。为保证系统的集热效率，需要合理的确定热水出水温度和各集热器组之间的串并联方式、配管管径、循环泵的型号等。
　　辅助加热设备可采用电锅炉、燃油或燃气锅炉、空气源或地源热泵等，也可采用市政热力，应按照热水系统的设计负荷确定其供热功率，以保证阴雨天气热水供应不间断。如果采用市政热力作为辅助热源，可采用容积式换热器替代恒温供水箱直接供应恒温热水。
　　6、热管真空管太阳能中央热水系统应用实例
　　（1）青岛山水名苑游泳池太阳能热水系统
本系统采用500m2水平式热管真空管太阳能集热器，供应游泳池淋浴热水并对泳池加热。集热器与建筑玻璃采光屋顶结合，水平安装于屋顶的四周，具有良好的视觉效果，并且融入建筑围护结构之中，减少了建筑屋面得热。
　　（2）大连太阳大厦太阳能中央热水系统
本项目采用580m2热管真空管太阳能集热器倾斜45°安装于建筑屋顶，日产热水量50吨。太阳能热水系统采用电热锅炉辅助加热。
　　（3）北京月坛体育中心综合训练馆热水及泳池加热
　　本项目为中国科学院奥运科技示范项目，太阳能集热器与建屋顶结合水平安装，总集热面积800m2，供应训练馆每日30吨的卫生热水，剩余热量并为游泳池加热。系统设空气源热泵机组作为太阳能系统的辅助加热设备。本系统将两项节能技术相结合，实施后将使热水系统的常规能源消耗降至最低，为奥运村及奥运场馆的建设提供借鉴。