太阳能集热工程系统循环泵的选型



太阳能热水器工程系统中,水泵相当于人体的心脏,本文对两种常见太阳能工程系统的循环泵做一详细阐述。

     1 太阳能集中集热—集中储热式系统中集热循环泵

集中集热—集中储热式.jpg

   1.1循环泵流量确定

    对于太阳能热水系统,集热循环管路为闭合回路,管道计算流量为全部集热器循环流量,按公式(1)计算: 

        q—循环流量,L/h;

A-太阳能集热器的总集热面积,㎡;

QS—集热循环流量, 由于太阳辐照量的不确定性,太阳能热水系统的集热循环流量一般按照每平方米集热器的流量为0.01 ~0.02L/s考虑,即36~72L/(h·㎡) ,对于真空管太阳能集热器可取低值,对于平板太阳能集热器取高值。
假设,集热循环流量取50L/(h·㎡),太阳能集热器的总集热面积为100㎡,经计算集热器循环流量为5000L/h。
水泵的流量选择时应使水泵的工作流量在计算的集热循环流量附近。

    1.2水泵的扬程

     太阳能热水系统循环泵扬程计算方法:

     H = (1.1~1.2)(Hs+Hx)         (2)           

    式中:

  Hs—太阳能热水系统提升液体介质(水)的高度,mH2O;

   Hx—太阳能热水系统总流动阻力(扬程阻力和局部阻力之和),mH2O。

    从式(2)可知:太阳能热水系统循环水泵的扬程取决于两个因素, 一个是水泵提升水的高度,另一个是系统循环回路的流动阻力。 

    水泵提升水的高度等于太阳能热水系统太阳能集热器水位与水箱水位的高度。对于闭式循环回路,Hs=0。对于开式循环回路,当水箱与集热器同在一个平面上,且最高水位一样时,Hs=0;当水箱与集热器不在一个平面上,或虽在一个平面上,但最高水位不一样时,Hs等于二者最高水位的高度差。

    2 集中集热—分户储热系统中循环泵选型

太阳能工程.jpg

    2.1系统原理图(带缓冲水箱)

     太阳能集热系统产生的热水储存在楼顶大水箱内,再通过循环泵实现楼顶大水箱和楼下室内小水箱之间的循环换热。

     2.2换热循环泵流量计算

   假设分户换热水箱的容量为100L,每个水箱内置铜盘管式换热器,换热面积0.6㎡。换热水箱设计指标为每日温升30℃(20~50℃)每个水箱的换热是均匀的。那么100L水箱一天升温得到的热量通过计算可为12540kJ。

    2.3换热能量计算

  式中:

         Fhx—换热器面积,0.6㎡;

        ε—结垢影响系数,0.6~0.8;

        K—换热器传热系数,814W/(m2·K);

        Δt—换热温差,取8℃。

     据此可计算出换热器的换热能量:

     Q=0.6×3.6×814×8×0.75÷1.2=8791.2(kJ)

   在换热温差为8℃时,换热需要的最短时间为:12540÷8791.2=1.43h。

  实际工作中,因为太阳能系统工作的持续性,实际换热循环泵的工作时间一般为4-5小时,不会在最短时间1.43h内完成,所以,换热流量可以选小一点,具体范围为:

  12540÷(4.18×4×8×0.7)=134(L)

  12540÷(4.18×5×8×0.7)=107(L)

   经上述分析可看出,流量选择时,根据换热水箱的容量来选择循环泵的流量,比如上述30个100L的水箱换热,其循环泵的流量应为3.21~4.02t/h。对于上述案例,其太阳能集热器面积为50㎡左右,对于平板太阳能集热器集热循环流量大约为3.5t/h,和换热循环泵的流量基本接近的。

   通过上述分析可看出,对于有中间缓冲水箱的系统来说,太阳能集热系统的循环流量是接近于水箱间的换热循环流量的,所以,对于无中间换热水箱的太阳能集热系统,其循环泵的流量可按照太阳能集热系统的流量要求确定,即根据集热器面积计算。    通过上述的分析可帮助设计师设计太阳能集热系统时对循环泵的选型有一个充分的认识,在设计具体项目时,设计师可对不同情况做一个适当的修正,保证太阳能集热系统的使用效果。

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