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太陽能熱水器水箱保溫新技術(shù)應(yīng)用

2014-06-20 07:57  建設(shè)工程教育網(wǎng)整理  【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  【學(xué)員問題】太陽能熱水器水箱保溫新技術(shù)應(yīng)用?

  【解答】真空管式太陽熱水器自誕生以來,側(cè)溢水管的保溫工作常被忽視。現(xiàn)常規(guī)的做法是在側(cè)溢水管上接一個(gè)三通,形成一個(gè)上行通道和一個(gè)下行通道,下行通道接回水管,當(dāng)水箱加滿水后,一部分溢出的水可順著下行通道流回室內(nèi),其他部分通過上行通道溢出。不溢水時(shí),水箱內(nèi)外空間直接連通,當(dāng)水箱內(nèi)部溫度高于外部溫度時(shí),側(cè)溢水管的上行通道為冷熱空氣對(duì)流創(chuàng)造了條件,這種對(duì)流現(xiàn)象隨著溫差的加大而加強(qiáng),我們在冬季常能看到側(cè)溢水管冒熱氣就是這種冷熱空氣對(duì)流現(xiàn)象。在嚴(yán)寒地區(qū),熱氣流上升遇冷后,水汽會(huì)凝結(jié)成冰封堵管道,使水箱無法進(jìn)氣排氣,危及熱水器的使用安全。

  側(cè)溢水管連接著一個(gè)三通,不易實(shí)施包裹保溫措施,現(xiàn)投入使用的太陽熱水器,溢水管多數(shù)直接暴露在空氣中。由于溢水管與水箱內(nèi)膽焊接在一起,溫度會(huì)通過溢水管傳導(dǎo)出去,擴(kuò)散到外部大氣中。

  對(duì)流和傳導(dǎo)散熱同時(shí)發(fā)生在側(cè)溢水管上,消耗了水箱里的許多熱量,我們可以通過下面的例子得到一個(gè)基本概念。

  以平均氣溫為10度的冬季為例,一箱水需曬約三天時(shí)間才能達(dá)到洗沐溫度(45度),暴露在外的溢水管、三通和兩個(gè)接頭的總表面積約為90c㎡,管內(nèi)徑E15mm,空氣對(duì)流的運(yùn)動(dòng)速度為10cm秒。

  我們先計(jì)算溫度恒定在45℃的一箱水在內(nèi)外溫差為35℃的環(huán)境里,三天里側(cè)溢水管所損耗的熱量:

  1、對(duì)流損耗:

  按氣流運(yùn)動(dòng)速度,三天時(shí)間通過溢水管的氣體體積為:

  V=Svt=7.5×10-32×π×3600×72×10/100=4.58m3

  其中一半是流出水箱的熱氣體,帶出的熱量:

  Q1=mC t =V2×ρC t =4.58×1.28×1.007×352=91kcal

  另一半流入水箱的冷空氣升溫需熱量:

  Q2=mC t=V2×ρC t =4.58×1.248×1.007×352=100.73kcal

  2、傳導(dǎo)損耗:

  根據(jù)牛頓冷卻定律,溢水管傳導(dǎo)損耗熱量:

  Q3=αSh t=40×90×10-4×72×35=907.2 kcal

  3、三天總損耗熱量:

  Q=Q1+Q2+Q3=91+100.73+907.2=1098.93 kcal

  注:空氣10度時(shí)密度為1.248kgm3,40度時(shí)密度為1.128kgm3,α=20-100

  由于水箱溫度是一個(gè)逐漸升高的過程,以上計(jì)算結(jié)果減半就能得到一個(gè)比較接近實(shí)際的熱量損耗值,即549.47 kcal.

  上例如果是一臺(tái)普通18管的太陽熱水器,容量約100升,對(duì)流傳導(dǎo)散熱三天里使水箱降溫約5.5度,而這三天里,每條集熱管平均提升水箱溫度僅為:3518=1.94度。解決側(cè)溢水管散熱問題相當(dāng)于增加了:5.51.94=2.8條集熱管。隨著氣溫的進(jìn)一步降低,側(cè)溢水管的散熱作用會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng),集熱管對(duì)溫度的提升作用會(huì)進(jìn)一步下降。

  理論計(jì)算與實(shí)際測量會(huì)有一些出入,但通過計(jì)算能使我們建立起一個(gè)正確概念:側(cè)溢水管的保溫問題不可忽視。

  有的廠家看到了這個(gè)問題的嚴(yán)重性,并采用底部開孔的方式解決溢水管的散熱問題,這種解決措施又帶來了其他問題:增加了水箱制造難度,還需增加一個(gè)專用的加水溢水組合接頭部件,水箱密封可靠性也會(huì)有所降低。

  我們現(xiàn)在對(duì)側(cè)溢水管的保溫問題有了一個(gè)很好的解決辦法,能有效解決發(fā)生在側(cè)溢水管上的冷熱空氣對(duì)流和熱傳導(dǎo)散熱現(xiàn)象,提高水箱的保溫性能。

  我們采用了一個(gè)有90度彎頭結(jié)構(gòu)的側(cè)溢水保溫管,與側(cè)溢水管連接后,構(gòu)成一個(gè)垂直向下的通道,在底部有回水管接頭和側(cè)排水孔,外部有泡沫塑料保溫層。

  水溢出水箱后順著側(cè)溢水保溫管的通道往下流動(dòng),在底部流入回水管和從側(cè)排水管排出,不溢水時(shí),水箱內(nèi)外空間直接連通,滿足水箱加水和放水的基本要求。當(dāng)水箱內(nèi)部溫度高于外部溫度時(shí),熱氣流的上升運(yùn)動(dòng)使熱氣流集結(jié)在側(cè)溢水保溫管的上部,無法經(jīng)由下行通道擴(kuò)散到外部大氣中,防止了冷熱空氣對(duì)流現(xiàn)象的發(fā)生。

  側(cè)溢水保溫管外部的泡沫塑料保溫層不僅包裹側(cè)溢水保溫管,同時(shí)也將伸出水箱保溫層外的側(cè)溢水管包裹起來,阻止溫度傳導(dǎo)散熱。

  按現(xiàn)行的安裝方法,側(cè)溢水管外要接一個(gè)三通和兩個(gè)(上排水、下回水)管接頭,所需費(fèi)用約5-7元,沒有保溫功能。有保溫功能的底部溢水的太陽熱水器,增加了底部開孔的加工費(fèi)用,還要增加專用的加水溢水組合接頭部件,提高了安裝要求、降低了密封可靠性,綜合成本約50元。從舉例來看,側(cè)溢水管的散熱相當(dāng)于約3條集熱管的加溫作用,而一條集熱管又價(jià)值何許?從這幾個(gè)方面的比較可以看到,側(cè)溢水保溫管有著較高的性價(jià)比。

  安裝側(cè)溢水保溫管后,有效解決了冷熱空氣對(duì)流和傳導(dǎo)散熱問題,特別是在冬季,側(cè)溢水保溫管的作用更加突出,大大提高了水箱的保溫性能,提高了太陽熱水器的熱效率。

  以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成,供參考,如有問題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。

責(zé)任編輯:tracy
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