閉式太陽能熱水系統中膨脹罐容積的選擇

膨脹罐是閉式太陽能系統中的關鍵部件之一。

膨脹罐用於補償閉式太陽能系統因溫度變化或工質狀態變化而造成的系統內工質容積變化,不同溫度水的體積膨脹係數見表1。

閉式太陽能熱水系統中膨脹罐容積的選擇

太陽能真空管集熱器

膨脹罐用於吸收工質容積變化,平衡壓力,保證工質工作在設計壓力範圍內,避免安全閥開啟導致工質排出。閉式太陽能系統經常使用的是隔膜式壓力膨脹罐,它是由鋼製外殼、橡膠隔膜內膽構成的儲能器件,橡膠隔膜把水室和空氣室完全隔開,當外界有壓力的水充入隔膜式氣壓水罐的內膽時,密封在罐內的空氣被壓縮,氣體受到壓縮後體積變小,壓力升高儲存能量,壓縮氣體膨脹可以將橡膠隔膜內的水壓出罐體。

閉式太陽能熱水系統中膨脹罐容積的選擇

膨脹係數

能系統防過熱措施有關。目前,閉式太陽能系統防過熱措施主要有以下幾種:

閉式太陽能熱水系統中膨脹罐容積的選擇

真空管

①系統含有防過熱散熱裝置,該系統膨脹量主要是工質因溫度變化產生體積變化,按式(5-28)計算。

②系統工作壓力較高,一般為0.8-1MPa,工質汽化溫度高於系統水泵停止運行後平衡溫度,從而保證系統工質維持在液態。該類系統的膨脹量是工質因溫度變化產生體積變化,按式(5-28)計算。

③其他閉式系統。系統水箱溫度達到溫度上限後,水泵停止工作,集熱器被陽光加熱後汽化,集熱器液體工質被排出,集熱器內部分或全部工質為氣態,最後集熱器散熱與吸熱達到平衡,即集熱器進入滯止狀態,其溫度為集熱器最高工作溫度,一般可達到130-155℃。該類系統的膨脹量包括工質因溫度變化導致體積變化和集熱器進入滯止狀態時氣態工質所佔容積,按式(5-29)計算。

Vu=Vcek (5-28)

式中,Vu為系統膨脹量,L; Vc為太陽能系統工質容積,L;e為工質膨脹係數,根據工質和溫差計算,水可取值0.045,水/乙二醇溶液取0.07;k為安全係數,通常取1.1。

Vu=(Vce+Vp)k (5-29)

式中,Vp為集熱器工質容積,L。

膨脹罐額定容積可根據膨脹罐預充壓力和最高壓力確定,按式(5-30)計算;

Vn= Vu (Pf+1)/( Pf- Pi) (5-30)

式中,Vn為膨脹罐額定容積,L; Pi為膨脹罐起始壓力,又稱為預充壓力,bar(105Pa),按式(5-31)選取;Pf為膨脹罐最高壓力,bar,按式(5-32)選取。

Pi=Hm/10+0.3 (5-31)

式中,Hm為系統最高點到膨脹罐的垂直距離,m。

Pf= Ps+( Hs- Hp)/10-0.5 (5-32)

式中,Ps為安全閥開啟壓力,bar;Hs為安全閥安裝高度,m; Hp為膨脹罐安裝高度,m。

膨脹罐規格和理論計算容積範圍見表 2。

閉式太陽能熱水系統中膨脹罐容積的選擇

膨脹管規格

閉式太陽能熱水系統中膨脹罐容積的選擇

太陽能平板集熱器

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