间接分离式太阳能热水系统的安装调试

1系统简介 　　间接分离式太阳能热水系统的集热器和储热水箱完全分离，它通过工质换热生产太阳能热水，其集热方式为温差循环，当控制系统检测到集热器内介质温度高于储热水箱底部温度一定值时，启动集热循环泵把集热器内的高温工质的能量转移到水箱的低温水中，从而加热低温水。当两者温差降低到一定值时集热循环停止，如此往复循环，水箱中的水就被逐渐加热。 　　由于采用低冰点高沸点的的传热工质，即使在高寒地区的冬季也可安全稳定运行。储热水箱可以为封闭承压式也可以是非承压式，其工作原理如图1所示。 　　2系统组成 　　间接分离式太阳能热水系统由集热系统、储热系统、管路系统、控制系统四个部分组成。集热系统是平板集热器、玻璃金属封装热管集热器、带金属流道的U型集热器；储热系统是承压式、非承压式，换热器既可以内置在水箱内也可以放置在水箱外；管路系统包括用来做热量交换的集热循环换热管路和用来提供生活热水的冷热水管路，集热循环管路系统主要有循环管道、循环泵、安全阀、组合阀、多通阀、膨胀罐、压力表等配件组成、对于储热水箱容量小于600L的家用分离式太阳能热水系统，厂家为方便安装往往把循环泵、安全阀、组合阀、多通阀、压力表等组合成一体俗称泵站；冷热水管路有减压阀、安全阀、单向阀、循环泵等组成；控制系统由高性能计算机系统构成，可以实现温度控制、循环泵控制、辅助能源控制等功能。 　　3安装条件和注意事项 　　3.1安装位置 　　必须有集热器安装空间，集热器采光面应正南或南偏西10°以内，当前方无遮挡，安装水箱的设备间应有良好的排水措施、冷热水管道接口及专用接地和防漏电的电源。 　　3.2建筑物承重 　　集热器安装处承载能力要＞厂家提供集热器的数据，水箱间的承重能力要满足水箱满载后的重力。 　　3.3管路同步施工 　　由于太阳能集热器安装在室外，因此在建筑施工时同步做好太阳能集热管路的施工，并做好保压检漏工作。冷热水管也要在建筑施工时同步施工，对热水使用要求高的用户还要预留热水回水管路。 　　3.4水箱间自来水 　　供水压力要保证最高用水点出水压力≥50kPa。 　　4安装和调试步骤 　　4.1室外集热器安装 　　4.1.1无论集热器安装在平屋面或者坡屋面上都要保证集热器基础和建筑牢固结合，既可以使用现场浇制混凝土基础也可以采用预制件或钢结构基础，集热器基础施工结束后要保证屋面的防水性能不受影响。 　　4.1.2集热器支架的制作应采用高强度耐腐蚀金属材料制作，制作好的集热器支架和集热器基础牢固结合，采用焊接方法、螺栓连接，如采用焊接方法施工，要对施焊点进行防腐处理。 　　4.1.3集热器在支架上的固定方式有多种，但要坚持便于拆卸和维修更换的原则，集热器之间的连接应采用具有热胀冷缩补偿能力的柔性连接件，且能承受高温高压，具有较强的耐腐蚀性。 　　4.1.4大面积集热器要以矩阵形式安装，每个阵列的集热器数量分配合理，否则会造成管路循环不畅，管道压力不平衡，影响集热器的集热效率和寿命。决定集热器串联数多少的因素是集热器自身结构，主要和主流道截面积、集热器压力降、并联组数的多少和管道截面积有关。集热器串并联和循环管路接法（如图2所示）。 　　4.1.4.1串联块数的计算 　　集热系统的流量是0.015L/（m2·s），根据集热器的主流道直径，其流速为0.8m/s，介质流过集热器阵列后温度升高5℃，太阳辐照能为800W/m2。如果集热器的集热面积为2m2，集热效率为50%，主流道直径为20mm，计算过程如下： 　　查手册得到管道直径为40mm，热水流速上限为1.0m/s，表1是常用管道流速表 　　把主管流速v2=1.0m/s代入（5）式进行验算，则R=srqt（4×10×10×0.8）=17.9（mm），管道直径为36mm，实际上没有这种规格的管道，因此我们选用直径为40mm的主管道。 　　4.2集热器循环管的安装 　　4.2.1循环管路用材选用承压能力强、耐高温、耐腐蚀的金属材料，常用的管道材料有铜管、不锈钢管和不锈钢波纹管。 　　为提高管路系统的寿命，减少维护工作量，应尽量减少接头尤其是隐蔽管道井中不应有接头，为补偿热胀冷缩产生的管道长度变化，应预留一定的膨胀量，管路循环连接方法见图1系统运行原理图。 　　随着技术的进步目前有部分厂家采用卡压式薄壁不锈钢管做集热介质循环管路，这种管路施工工艺简单，操作方便，但要注意选用抗冷热变化能力强，老化寿命长的优质密封圈，否则密封圈弹性降低，管路容易产生泄漏。 　　4.2.2泵站或组合阀的安装 　　要实现集热回路的清洗、打压检漏、防冻液灌装等功能及安全阀和膨胀罐等配件的安装，循环管路中需要很多阀门，部分厂家为方便安装调试，把这些阀门和管件集成在一起，行业内称为太阳能泵站。太阳能泵站具有安装简单、便于固定、接头少、泄漏概率低等优点，但造价相对高，厂家为降低成本，往往采用阀门组合的方式来实现泵站的功能。 　　4.2.2.1三通组合阀的安装 　　三通组合阀主要为循环管路清洗、加压检漏、灌装换热工质使用，其组合方式有两种形式，图3所示是三个阀门组合在一起的方式，如图4所示三个阀门在循环泵的两侧，无论何种组合方式都要保证阀耐高温，不泄漏介质。 　　4.2.2.2组合四通的安装 　　通过四通把循环管路系统中的安全阀、膨胀罐、压力表等部件组合在一起，这样管路紧凑，漏点少。压力表应采用耐热型以保证在高温下介质长期稳定工作，压力表的表盘应该在用户便于观察的位置。组合四通安装示意图（见图5）。 　　4.3膨胀管的安装和预充压力调整 　　由于介质温度升高引起管路压力变化，膨胀罐主要起调节作用，只有选择合适的容积和预充压力才能经济、安全保证系统运行。膨胀罐在不同温度和预充压力下可吸收水的质量曲线（见图6），图中上部6条曲线是预充压力2bar（表显压力1bar）的膨胀罐容水量和预充压力及温度关系曲线，下部是预充压力3bar（表显压力2bar）的膨胀罐容水量和预充压力及温度关系曲线，从曲线可以看出液体温度越高膨胀罐所能吸收的液体质量越少，预充压力越大其吸收能力越小。 　　因此针对不同的系统要调整好膨胀罐的预充压力，在低温下为了保证介质密度增加体积收缩时管中必须充满液体，也必须在初次灌液时膨胀罐内必须冲进一定量的介质，也就是说初始压力要＞预充压力一定值，根据膨胀罐的安装位置，要经过计算后调整预充压力和初始压力。图7是分体式系统灌液和膨胀罐预充压力及安全阀压力关系。静压是由于集热器和膨胀罐之间高度差引起的，膨胀罐安装位置不同，静压不同，一般预充压力比静压＞0.5bar，向系统灌装防冻液时要保证灌装后系统压力比预充压力＞0.4bar，因此在安装膨胀罐前要根据静压数值调节其预充压力，以保证系统安全工作。 　　膨胀罐预充压力P0=h/10+0.5（bar） 　　管路初次灌液压力P1=h/10+0.9（bar） 　　4.4循环管路的清洗检漏和工质灌装 　　集热循环系统管路制作完成后，要经过清洗、打压、检漏、灌装工质等步骤，只有经过水压检漏试验才能灌装防冻液。注意在清洗和水压检漏过程中关闭膨胀罐前部阀门，确保液体无法进入膨胀罐。 　　4.4.1管路清洗 　　管路清洗时水桶内存放自来水，K1、K2阀门打开，启动水泵，把污水排到下水道，当没有杂物时把排水管放回水桶并把出水口深埋水中，连续运行20min，以便排空系统空气。 　　4.4.2管路水压检漏 　　当管路运行20min排空气体后，关闭K1阀门，系统压力逐渐升高，当压力达到安全阀压力的0.9时关闭阀门K2，进行系统保压检漏，清洗、检漏和灌装防冻液时的管路连接图如图8所示。30min后，证明管路无泄漏，这时打开膨胀罐前部的阀门，准备灌装工质。 　　4.4.3灌装工质 　　当水压检漏完毕，所有管路都不泄漏时就可以往循环管路中灌装换热工质。 　　4.4.3.1打开图8中K1、K2阀门，关闭K3阀门，启动管道泵，水桶中的排水管排出水，倒入防冻液。 　　4.4.3.2观察回水管路的变化情况，当回水管路中流出防冻液时把回水管放回水桶，让换热工质在循环管路和水箱间循环，循环20～30分钟，确保管路中的气泡全部排出，关小K1，打开K3，让系统继续循环3~5分钟后关闭K1和K2，停止管道泵。通过调节K1的开度把管路压力调整到4.3节中计算出的压力。（北京海林太阳能设备有限公司常务副总经理窦建清）