太阳能热水预热系统

文章来源：Birajan Bhandari

太阳能热水系统通常用于（预）加热水，利用太阳能来减少建筑物的供暖负荷、能源、成本和碳排放量。通常情况下，安装太阳能热水系统可以从政府或公共事业提供商那里获得经济帮助。在IESVE软件中，可以在ApacheHVAC模块中应用到加热系统和热水服务系统中。在下面的示例中，通过预热生活热水（DHW）系统的给水，比较各种太阳能收集器选项如何影响小型办公楼的预测能耗。

图1. 通过太阳能对ApacheHVAC中的DHW系统进行预热

请注意，该分析中包含一个热水箱（可选），并且值得一提的是对于某些包括太阳能热水预热在内的游泳池的应用，“水箱”可被视为游泳池的替代物。

四种热水服务系统（或DHW系统），包括三种类型的太阳能收集器：

1. 没有太阳能预热
2. 平板集热器（FPC）
3. 真空管集热器（ETC）
4. 抛物面集热器（PC）

IESVE模型输入：

为了对三种太阳能收集器有一个共同的基准，特对小型办公楼进行以下假设：

• 位置：圣地亚哥（加利福尼亚）
• 市政府给水的质量流量：11.4加仑/小时 或 0.012升/秒
• 市政府给水温度：60°F / 15.5℃
• DHW系统目标温度：140°F / 60℃
• 收集器面积：100平方英尺 / 9.3平方米

图2显示的是两种示例的太阳能收集器输入的数据，这些数据输入到ApacheHVAC“太阳能热水器”对话框中，用于不同的太阳能收集器。可以从SRCC数据库（ICC SRCC¹OG-100 证书）获得各种收集器参数。

图2. “平板/真空管”收集器（左）和抛物面收集器（右）的输入数据

注意：为了避免冻结，假定平板收集器和真空管收集器的收集起来流体使用丙二醇。因此，如果收集器流体仅是水，则可能需要修改流体的质量流率，以产生相同量的热传递，可以使用以下公式估算：

m_w X c_pw=m_f X c_pf

当m_w和m_f分别是水和流体的质量流量，c_pw和c_pf分别是水和收集器流体的比热容。

IESVE模型结果：

通过Apache比较每种方案的HVAC系统规模和整栋建筑的能源模拟过程，模拟结果如下所示。

图3. 太阳能预热的能耗和碳排放

对于这种特定的情形，相对于基准情况进行比较，平板式、真空管和抛物面太阳能集热器的二氧化碳排放量分别减少了64%、65%和68%。

夏季与冬季相比，抛物面型太阳能集热器系统的能量减少没有如此明显，这是因为抛物面型太阳能集热器仅“收集”直射辐射得热量，而平板和真空管“收集”直射和扩散辐射，因此在更阴暗的天气下可能是更合适的选择。

选择太阳能集热器的一种常见的方法是通过从集热器中选择所需的出口温度，因为该设备可能与辐射式HVAC系统、游泳池应用、DHW系统和/或冷凝锅炉耦合。所有的这些设备系统在低温热水系统中均表现良好，同时抛物面型太阳能集热器可能更适用于高温热水系统。收集器的效率随着收集器出口温度而变化，因此对于收集器的选择有着很大的影响。