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  • 太阳能自然循环系统压力设计计算


    太阳能自然循环式热水系统结构简单、维护方便、无需运行成本,由于自然循环系统热虹吸压力较。话阒皇室诵⌒拖低。太阳能系统集热面积增大后,水流阻力增大,实际运行中常出现系统水流循环缓慢,运行效果差的现象。因此,较大面积自然循环太阳能热水系统对系统水流阻力和热虹吸压力进行计算。由于太阳能热水系统中水温随太阳辐射、环境条件而变化,日产热水量、热水温度、水流循环流速等在一日之内均为变数,计算系统水流阻力及热虹吸压力时,部分参数较难确定,且计算繁琐,导致工程设计时较少进行详细计算,优化设计缺乏依据。本文提出了自然循环太阳能热水系统水流阻力的简易计算方法。太阳能自然循环热水系统如下图所示: 
                               
    1、系统水流循环的动力为热虹吸压力△hT :
    △hT=△h(γ21)
     式中:△h=h1+h2+h3,是集热器中心平面与保温水箱中心平面的距离,γ2是下循环口(太阳能集热器进口)内水的比重,单位kg/m3, γ1是上循环口(太阳能集热器出口)内水的比重,单位kg/m3。
    2、△h的确定
    △h由太阳能集热器类型、安装角度、水箱形状及安装位置确定,对于较大规模集中供热自然循环系统,由于受材料规格、制作工艺的限制,一般水箱高度不超过3m,太阳能集热器高度为0.8m-1.5m,对于平板集热器,h2的取值必须防止夜间倒循环,高度通常取0.2-0.3m,若取值较大,虽然提高水箱安装高度可以增大热虹吸压力,但流量增大会引起储水箱内水掺混,扰乱了温度分层。此外也增大系统的循环管道的长度和散热面积,最终导致热水器的集热效率不升反降。△h常用值为1.2m~3m。
    3、系统较佳运行条件下的热虹吸压力
    虽然在较强的太阳辐射下太阳能集热器的进出水温差加大,并可通过提高循环水箱安装的相对高度增大△h值,但同时也加剧了循环水箱中温度的波动。一般太阳能集热器进水温值为20℃时,太阳能集热器出水温度从30-90℃,△h取1.2-3m时热吸虹压力计算见下表:
     
     
    集热器水温(℃) γ21 △hT
    进口 出口 (kg/)m3 Pa
     
     
     
    20
    30 2.56 30.1~75.2
    40 5.99 70.44~176.1
    50 10.17 119.6~298.99
    60 15.01 176.51~441.29
    70 20.45 240.49~601.23
    80 26.42 310.70~776.75
    90 32.9 386.90~967.26
     
    从表中可看出,太阳能集热器出口温度越高,需要的虹吸压力越大,自然循环系统中,管路的阻力主要是管道沿程水头损失和局部水头损失之和,自然循环的动力就是保证计算的热虹吸压力大于沿程水头损失和局部水头损失之和。
     
     
    (责任编辑:2138com太阳集团)
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