闭式太阳能热水系统中膨胀罐容积的选择

膨胀罐是闭式太阳能系统中的关键部件之一。

膨胀罐用于补偿闭式太阳能系统因温度变化或工质状态变化而造成的系统内工质容积变化,不同温度水的体积膨胀系数见表1。

闭式太阳能热水系统中膨胀罐容积的选择

太阳能真空管集热器

膨胀罐用于吸收工质容积变化,平衡压力,保证工质工作在设计压力范围内,避免安全阀开启导致工质排出。闭式太阳能系统经常使用的是隔膜式压力膨胀罐,它是由钢制外壳、橡胶隔膜内胆构成的储能器件,橡胶隔膜把水室和空气室完全隔开,当外界有压力的水充入隔膜式气压水罐的内胆时,密封在罐内的空气被压缩,气体受到压缩后体积变小,压力升高储存能量,压缩气体膨胀可以将橡胶隔膜内的水压出罐体。

闭式太阳能热水系统中膨胀罐容积的选择

膨胀系数

能系统防过热措施有关。目前,闭式太阳能系统防过热措施主要有以下几种:

闭式太阳能热水系统中膨胀罐容积的选择

真空管

①系统含有防过热散热装置,该系统膨胀量主要是工质因温度变化产生体积变化,按式(5-28)计算。

②系统工作压力较高,一般为0.8-1MPa,工质汽化温度高于系统水泵停止运行后平衡温度,从而保证系统工质维持在液态。该类系统的膨胀量是工质因温度变化产生体积变化,按式(5-28)计算。

③其他闭式系统。系统水箱温度达到温度上限后,水泵停止工作,集热器被阳光加热后汽化,集热器液体工质被排出,集热器内部分或全部工质为气态,最后集热器散热与吸热达到平衡,即集热器进入滞止状态,其温度为集热器最高工作温度,一般可达到130-155℃。该类系统的膨胀量包括工质因温度变化导致体积变化和集热器进入滞止状态时气态工质所占容积,按式(5-29)计算。

Vu=Vcek (5-28)

式中,Vu为系统膨胀量,L; Vc为太阳能系统工质容积,L;e为工质膨胀系数,根据工质和温差计算,水可取值0.045,水/乙二醇溶液取0.07;k为安全系数,通常取1.1。

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

式中,Vp为集热器工质容积,L。

膨胀罐额定容积可根据膨胀罐预充压力和最高压力确定,按式(5-30)计算;

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

式中,Vn为膨胀罐额定容积,L; Pi为膨胀罐起始压力,又称为预充压力,bar(105Pa),按式(5-31)选取;Pf为膨胀罐最高压力,bar,按式(5-32)选取。

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

式中,Hm为系统最高点到膨胀罐的垂直距离,m。

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

式中,Ps为安全阀开启压力,bar;Hs为安全阀安装高度,m; Hp为膨胀罐安装高度,m。

膨胀罐规格和理论计算容积范围见表 2。

闭式太阳能热水系统中膨胀罐容积的选择

膨胀管规格

闭式太阳能热水系统中膨胀罐容积的选择

太阳能平板集热器

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