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谈太阳能集热工程

2012-5-23 14:47:07      点击:
庄绍林—中科院研究员
 
       太阳能集热工程遇到阴雨天、雾天、阳光不足时,水温往往达不到要求,但用户需要大量热水,这时不得不采取辅助加热的办法。下面结合施工单位的实例,谈谈辅助加热和循环泵的种类、优缺点及注意的问题。
      
         一、    电加热器:
1、         电加热器实际是利用电阻丝发热的电器设备,其热量的核算是:Q = K IVt, 其中Q 代表发热能量,K表示比例系数, I 表示流过该电加热器的电流强度,V代表电加热器两端的工作电压, t代表电加热器的通电时间。单位是Q(焦耳), I(安培),V(伏特),t(秒),IV可以用电加热器的额定功率近似代替。因为电加热器的实际功率只有在电加热器的两端加的实际电压=额定电压时,上述条件才能成立。一般情况下额定功率大于实际功率,原因是输电线路电阻较大,线路消耗部分电能,再加上变压器内阻耗能,因而用电器两端的电压往往小于额定电压。因此在设计时,应选择额定功率大一点的用电器。                                   
2、水温升高所需电功率的计算方法:
若加热时间限定在3小时左右,则1吨水需电加热的功率如下:P=Q/T,Q=Cm△T,C取4.2×103焦耳/千克,m=103千克, t=3小时,C是水的比热容,△t=15度。
则Q=63×106焦耳,m=1吨=103千克,
P=Q/t=63×106焦耳/3×60×60秒
=6千瓦。
△T(T2-T1)=Q/Cmn,Q代表所需热量,m代表水的质量单位:克,n代表系数,此系数与水箱的隔热情况有关,保温越好n值越小,T1代表开始加热的温度值,T2代表加热结束时的温度值。可见,T2越大,提升的温度越高,所需的电能越大,加热水的质量越大,所需的电能越大,一般可设计起始温度42℃,结束加热的温度55℃。加热功率按每吨水5~6千瓦设计比较合适。电加热器由于直接采用电阻丝发热,由于水垢等原因,热效率不太理想;保温再好的水箱,电能也不会完全转成水箱水吸收的热能,热效率是比较低的。
3、目前有电加热效率比较高的空气源热泵,采用空气压缩机从室外空气中摄取热能,节能效果比电阻丝加热器好,但是首次投入成本较大。一般是电阻丝热水器的几十倍。
4、         燃油锅炉加热耗能成本比电加热成本稍低,但首次投入的成本比空气源热泵还要大。
由此可见,从节能方面看,应首选空气源热泵,其次选燃油锅炉;从首次投入成本看,应选用电阻丝加热器。
     
        二、    循环泵的种类、选用方法
循环泵分直流泵和交流泵;交流循环泵分单相泵和三相泵。这里重点谈交流泵:
三相泵的工作原理是:泵电动机的电枢线圈中产生空间旋转磁场,每相线圈产生的磁场与相邻的线圈产生的磁场的几何角度是120度,三相线圈在同一时刻产生的磁场,恰好旋转360度。三相线圈电流瞬时迭加值是零。这样,电机是在均匀旋转的磁场中转动,电机的转子转动相对平稳,轴承不容易震动发热,因此电机的寿命较长,也就是说泵的使用寿命相对较长。
单相电机的单相线圈中不会产生旋转磁场,需要采用电容器或电感器裂相的办法产生旋转磁场,从而使电机转子转动。裂相的办法最大使相邻线圈的磁场相差90度,这样单相电机转子在转动中不会像三相交流电产生的磁场那样均匀。另外,由于电容器容易漏电或容量不足,影响裂相幅度,导致转矩不足,启动困难,定子线圈电流增大发热,影响电机的使用寿命,也就是泵的寿命。
    
       综上所述:应该尽量选用三相交流循环泵,如果没有三相交流电,也应该选用功率较大的国内外知名品牌的单相泵。直流电机泵,由于噪声和成本较大,尽量不采用。