热管真空管太阳热水系统的设计

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1　热管真空管太阳热水系统工作原理
　　（1）热管真空管
　　热管真空管的结构如图1所示。太阳光透过玻璃管照射在吸热板上，太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能。吸热板吸收的热量迅速将热管内少量工质汽化，并迅速上升到冷凝端，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。利用热管内少量工质的汽—液相变循环过程可连续地将吸收的太阳能传递到冷凝端加热水。为使热管内冷凝后的液体工质流回蒸发端，热管真空管工作时与地面的倾角应大于10°。

图1热管真空管结构图

　　（2）热管真空管集热器
　　图2所示为热管真空管集热器结构示意图。由该图可见，每支热管真空管的冷凝端通过导热块将热量传递给集管，不断加热其中的水。真空管的冷凝端与导热块刚性连接，被加热水不流经真空管，因此安装十分简单，即使真空管发生损坏，太阳集热器的工作并不会因此而中断。

图2热管式真空管集热器简图

　　（3）热管真空管太阳热水系统
　　图3所示为热管真空管热水系统工作原理图。热管真空管集热器吸收太阳辐射将水加热，循环泵将储水箱中的低温水输入集热器进行循环加热。循环泵的工作由光控仪控制，当太阳辐照度达不到设定值时，循环泵不工作；如当全天达不到设定辐照度时，也可由辅助加热装置进行加热。

图3热管真空管热水系统工作原理图

2　系统主体设计的依据
　　在进行太阳热水系统设计时必须掌握一些基本资料，作为设计的依据。
　　（1）用户要求
　　主要包括：用水量、水温、用水时间的要求；要不要辅助加热，采用何种辅助能源。
　　（2）建筑物的情况
　　主要包括：热水系统安装平面（屋面）的具体尺寸，屋面荷载和承重梁分布情况，屋面正南方向有无建筑物的遮挡，水源和电源情况；让用户提供屋顶平面和结构图纸。

3　太阳热水系统工程参数的确定
　　（1）系统的朝向
　　在北半球，集热器阵列朝向正南。
　　（2）集热器面积
　　（a）北京地区采用热管真空管集热器（在日照17000KJ／m2^.d条件下），每平方米集热面（4支热管真空管）从上午9时至下午3时，水温设定在40—60℃时，春秋季产热水量60—70L／m2^.d，夏季产热水量70—80L／m2^.d，冬季产热水量50—60L／m2^.d。
　　我们根据用户的实际需要来选定平均日产水量。若系统全年使用，特别是要保证冬季的用水量，推荐以50—60L／m2^.d（水温40℃以上）产水量为标准来确定集热器面积。
　　（b）太阳热水系统提供淋浴用热水时，用水量可参照国家颁布的《室内给排水热水供应设计规范》的有关规定，水温在40℃以上时，平均每人每次的用水量为35—40L。当然，用水量还要根据用户的要求最后确定。
　　（3）集热器倾角
　　若系统全年使用，集热器倾角推荐为：
　　α=当地纬度＋（5°—10°）
　　（4）集热器前后排间距
　　为了使集热器相互不遮挡，前后排集热器的间距可按表1确定。
　　（5）建筑物屋面荷载
　　安装太阳热水系统的建筑屋面，活荷载要求在150kg／m²以上。