摘 要

化石燃料是全球的主要能源需求来源，但是 随着世界人口的不断增多，人们对能源的需求也不断增加，越来越多化石燃料的使用会对环境造成很大的危害。随着人们环保意识的增强，太阳能、风能等清洁能源的开发利用越来越深入，相关技术也日渐成熟。本文就是利用太阳能，针对南京地区普通小区用户设计了一种基于热管技术的分体式太阳能热水系统。太阳能热水系统相对于电热水系统和燃气热水系统，具有经济、安全、节能、环保等有点，而基于热管技术的分体式太阳能，相比于普通的一体式太阳能热水器，具有储水性能更好、建筑适应性更高、方便加装辅助加热装置等优点。本设计中的太阳能热水器，集热部分由69块单块面面积为3.55m²的集热器通过串并联组合的方式构成。水箱置与阳台或地下室，水箱与集热器之间通过管道连接。本系统可以满足日用热水量15t、日耗热量3140250kJ的使用需求。

关键词：热管 太阳能 热水系统 能源

Design of Split Solar Hot Water System Based on Heat Pipe Technology

Abstract

Fossil fuels are the world's main source of energy demand, but as the world's population continues to increase, people's demand for energy is also increasing, and the increasing use of fossil fuels will cause great harm to the environment. With the enhancement of people’s awareness of environmental protection, the development and utilization of clean energy such as solar energy and wind energy has become more and more in-depth, and related technologies have also become more mature. This article is the use of solar energy, designed for the general community users in Nanjing, a heat pipe based on the split solar water heating system. The solar water heating system has economical, safety, energy saving, environmental protection, etc. advantages compared to the electric water heating system and the gas water heating system, and the split solar energy based heat pipe technology has more water storage performance than the general integrated solar water heater. Good, more adaptable building, convenient installation of auxiliary heating devices and other advantages. In the solar water heater of the present design, the heat collecting part is composed of 69 monolithic collectors with a surface area of ​​3.55 m2 through serial and parallel combination. The water tank is placed in a balcony or basement, and the tank and collector are connected by pipes. The system can meet the needs of 15t daily hot water and 3140250kJ daily heat consumption.

Keywords: heat pipe;solar energy;hot water system;energy

目录

第一章 绪 论 1

1.1 课题背景 1

1.2 研究进展 1

1.2.1 工作原理 1

1.2.2 经济效益分析 2

1.2.3 控制系统 3

1.2.4 此系统的优缺点分析 4

1.3 中国太阳能资源 4

1.4 热管技术在太阳能热水系统中的应用 4

1.4.1 热管真空管集热器 4

1.4.2 热管工质对热水器的性能影响 5

1.4.3 蓄能型震荡热管太阳能集热器 6

1.4.4 热管、地板的一体化设计 6

1.5 分体式太阳能集热器的集热—储热方式 7

第二章 热力计算 8

2.1 原始资料 8

2.1.1 地理位置及平面布置区域 8

2.1.2 供水量 8

2.1.3 气象资料 8

2.1.4 热水计算参数 8

2.2 设计过程 9

2.2.1 耗热量与热水量计算 9

2.2.2 本系统每小时的耗热量、和供热量计算如下： 9

2.2.3 集热器安装方位及安装倾角的确定 11

2.2.4 集热器总采光面积确定 11

2.2.5 太阳能集热器的选择 15

2.2.6 集热器的安装及连接 15

总结与展望 18

参考文献 - 19 -

致谢 - 21 -

第一章 绪 论

1.1 课题背景

随着全球人口数量增加以及工业化进程的加快，化石燃料是全球的主要能源需求的来源，但是使用化石燃料会对自然环境造成危害。 以化石燃料为基础的能源模式会造成很大的不良影响，如外源性依赖^[1]、高昂的进口费用和环境恶化的问题，并且世界化石燃料储量日渐枯竭，这些负面因素表明了清洁能源的重要性，太阳能就是一种清洁能源。本文研究的就是一种太阳能利用技术。

随着国家经济的发展和“城镇化”进程的加快，而且人们生活的水平日渐提高，居民对于热水的使用量也越来越大，加热水时使用的能量占到居民总用能的17%，是家庭第三大能耗^[2]。在常见的热水系统中，太阳能热水器凭借其结构简单、使用安全等优点，受到众多用户的青睐。为用户提供热水和供暖的过程中，如何有效的降低建筑能耗是个困扰众多相关厂家已久的问题，为太阳能热水系统就很好的解决了这个问题。在众多的太阳能热水器中，分体式太阳能凭借其具有更加优秀的性能：供热效率高、储水量大等被认为是实现绿色建筑与太阳能一体化的实用技术^[3]。

1.2 研究进展

1.2.1 工作原理

本文研究的热水系统的结构如图 1-1所示^[4]：

，分别是集热循环以及与用水循环。在集热循环中，水泵将水箱中的水运送至集热器中，加热后的水再被运回之前的水箱中，这样，水的加热就完成了。在用水循环中，水泵起到输送热水的目的，而混水阀将热水冷水混合，起到控制温度的作用，温度适宜的热水将被用户使用。在这个过程中，温度传感器T₁和温度传感器T₂自控控制混水阀的流量大小以及水泵的压力。而电磁阀V₁的控制以及T₂的正常使用，需要依靠水位传感器（图中H）的自控控制。这样一来，就可以保证水位和水温一直处于适宜的范围。为了保证用户使用时水管内热水温度在适宜范围内，需要保证水泵能够在需要的时候自动提供压力。这个过程中，T₃将水温反馈，V₂会随着温度的改变控制流量。在用户使用过程中，还可能会发生热水或倒流的现象，因此，这里设置了一个单向阀。一般情况下，分体式太阳能热水系统的安装与一体式太阳能热水系统存在很大差异。分体式太阳能热水系统的水箱较大，无法与集热器一同安装，大都放置在阳台或者屋顶等，而集热器放置在楼顶。因此需要在屋顶或者阳台留有足够的空间以便后期安装时使用。因水箱与集热器是分体式安装的方式，就需要将二者进行连接已达到保温的效果。这里使用循环进出管道进行联通，使热水保持流动。如果是别墅用户，集热器除了安装在墙外，屋顶也是一种不错的方案。关于此系统的管路，室内布置部分可以放置在墙内。室内布置前提是不破坏承重结构，并且需要根据要求做好防水工作^[5]。