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談太陽能集熱工程

2012-5-23 14:47:07??????點擊:
莊紹林—中科院研究員
 
       太陽能集熱工程遇到陰雨天、霧天、陽光不足時,水溫往往達不到要求,但用戶需要大量熱水,這時不得不采取輔助加熱的辦法。下面結合施工單位的實例,談談輔助加熱和循環泵的種類、優缺點及注意的問題。
      
         一、    電加熱器:
1、         電加熱器實際是利用電阻絲發熱的電器設備,其熱量的核算是:Q = K IVt, 其中Q 代表發熱能量,K表示比例系數, I 表示流過該電加熱器的電流強度,V代表電加熱器兩端的工作電壓, t代表電加熱器的通電時間。單位是Q(焦耳), I(安培),V(伏特),t(秒),IV可以用電加熱器的額定功率近似代替。因為電加熱器的實際功率只有在電加熱器的兩端加的實際電壓=額定電壓時,上述條件才能成立。一般情況下額定功率大于實際功率,原因是輸電線路電阻較大,線路消耗部分電能,再加上變壓器內阻耗能,因而用電器兩端的電壓往往小于額定電壓。因此在設計時,應選擇額定功率大一點的用電器。                                   
2、水溫升高所需電功率的計算方法:
若加熱時間限定在3小時左右,則1噸水需電加熱的功率如下:P=Q/T,Q=Cm△T,C取4.2×103焦耳/千克,m=103千克, t=3小時,C是水的比熱容,△t=15度。
則Q=63×106焦耳,m=1噸=103千克,
P=Q/t=63×106焦耳/3×60×60秒
=6千瓦。
△T(T2-T1)=Q/Cmn,Q代表所需熱量,m代表水的質量單位:克,n代表系數,此系數與水箱的隔熱情況有關,保溫越好n值越小,T1代表開始加熱的溫度值,T2代表加熱結束時的溫度值??梢?,T2越大,提升的溫度越高,所需的電能越大,加熱水的質量越大,所需的電能越大,一般可設計起始溫度42℃,結束加熱的溫度55℃。加熱功率按每噸水5~6千瓦設計比較合適。電加熱器由于直接采用電阻絲發熱,由于水垢等原因,熱效率不太理想;保溫再好的水箱,電能也不會完全轉成水箱水吸收的熱能,熱效率是比較低的。
3、目前有電加熱效率比較高的空氣源熱泵,采用空氣壓縮機從室外空氣中攝取熱能,節能效果比電阻絲加熱器好,但是首次投入成本較大。一般是電阻絲熱水器的幾十倍。
4、         燃油鍋爐加熱耗能成本比電加熱成本稍低,但首次投入的成本比空氣源熱泵還要大。
由此可見,從節能方面看,應首選空氣源熱泵,其次選燃油鍋爐;從首次投入成本看,應選用電阻絲加熱器。
     
        二、    循環泵的種類、選用方法
循環泵分直流泵和交流泵;交流循環泵分單相泵和三相泵。這里重點談交流泵:
三相泵的工作原理是:泵電動機的電樞線圈中產生空間旋轉磁場,每相線圈產生的磁場與相鄰的線圈產生的磁場的幾何角度是120度,三相線圈在同一時刻產生的磁場,恰好旋轉360度。三相線圈電流瞬時迭加值是零。這樣,電機是在均勻旋轉的磁場中轉動,電機的轉子轉動相對平穩,軸承不容易震動發熱,因此電機的壽命較長,也就是說泵的使用壽命相對較長。
單相電機的單相線圈中不會產生旋轉磁場,需要采用電容器或電感器裂相的辦法產生旋轉磁場,從而使電機轉子轉動。裂相的辦法最大使相鄰線圈的磁場相差90度,這樣單相電機轉子在轉動中不會像三相交流電產生的磁場那樣均勻。另外,由于電容器容易漏電或容量不足,影響裂相幅度,導致轉矩不足,啟動困難,定子線圈電流增大發熱,影響電機的使用壽命,也就是泵的壽命。
    
       綜上所述:應該盡量選用三相交流循環泵,如果沒有三相交流電,也應該選用功率較大的國內外知名品牌的單相泵。直流電機泵,由于噪聲和成本較大,盡量不采用。

 

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