摘要 本文简要阐述了太阳能集中供热系统的主要运行方式，各自的特点，以及强制循环系统的各种控制方式。
关键词 太阳能集中供热系统 系统原理 运行方式 控制方式
0 前言
太阳能热水系统根据集热系统、辅助系统及供水方式的不同，可以分为3类：分户集热—分户储热式；集中集热—分户储热式；集中集热—集中储热式。
集中集热—分户储热式太阳能热水系统，是指太阳能集热器集中、统一规划安装于建筑物屋面部分。储水箱、辅助加热系统按终端用户为单位独立设置的太阳能热水系统。
集中集热—集中储热式太阳能热水系统，是指太阳能集热器、储水箱、辅热设备全部集成化，统一安装储热器，统一设置集中储水箱及辅助加热设备，然后将热量再分配至各用水终端的太阳能热水系统。太阳能集中供热系统是目前高层建筑应用较多的一种太阳能热水系统供热方式。
1 太阳能热水系统的主要运行方式
按太阳能集热系统运行方式划分，可将太阳能热水系统分为自然循环系统、直流式系统和强制循环系统。
1.1 自然循环系统
自然循环系统（见图1）的动力为传热工质温度差的密度差导致的热虹吸作用。在自然循环系统中，贮热水箱中的水在热虹吸作用下通过太阳能集热器被不断加热，并将自来水的压力顶至用户使用。
1.2 直流式系统
直流式系统（见图2）是利用控制器使传热工质在自来水压力或其他附加动力作用下，直接流过太阳能集热器加热系统。直流式系统一般采用定温放水的控制方式，当集热系统出水温度达到设定温度时，水阀打开，集热系统中的热水流入热水贮水箱中；当集热系统出水温度低于设定温度时，水阀关闭，补充的冷水停留在太阳能集热器中吸收太阳能被加热。
直流式系统只能是直接式系统，造价较低，在国内中小型建筑中使用较多；由于存在生活用水可能被污染、太阳能集热器易结垢和防冻问题不易解决的缺点，国外很少使用。
1.3 强制循环系统
强制循环系统是利用温差控制器和循环水泵使系统根据集热系统得热量强制循环传热工质加热的系统。系统由水泵驱动。强制循环系统的形式较多，主要有直接式和间接式两种，而这两种又可以再分为单水箱方式和双水箱方式，如表1所示。
表1 强制循环的分类
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大类
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小类
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控制方式
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特点
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适用场所
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直接式
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单水箱方式
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定温放水或温差循环
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系统蓄热功能弱，而且建筑上部荷载大。
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适用于自来水压力不稳定，热水供应规模较小，对热水质量和建筑物外观要求不高的场所。
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双水箱方式
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定温放水或温差循环
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系统蓄热功能增强，减小建筑上部荷载，但水箱热损增加。
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适用于自来水压力不稳定，热水供应规模不大，对热水质量要求严格，对建筑物外观要求不太严格的场所。
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间接式
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单水箱方式
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温差循环
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系统蓄热功能弱，而且建筑上部荷载大。
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适用于自来水压力稳定，热水供应规模较大，对热水质量和建筑物外观要求严格的场所。
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双水箱方式
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温差循环
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系统蓄热功能增强，减小建筑上部荷载，但水箱热损增加。
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适用于热水供应规模大，对热水质量和建筑物外观要求严格，且水质要求高的场所。
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强制循环系统太阳能集中供热系统的发展方向，根据不同的场所会有不同的系统方式。对于强制循环系统的太阳能集热器、水箱的放置是非常重要的一环。太阳能集热器主要放置于屋面，如果需求量较大或限于屋面结构，为了放置更多的太阳能集热器，太阳能集热器可能会分成几个矩阵，那么每个矩阵应配置一个小型的贮热水箱，太阳能集热器矩阵与贮热水箱之间利用泵形成强制循环。根据建筑物的承载情况，或者原建筑已有设施，供热水箱可能会放置在屋面或者地下室（机房或设备层）。贮热水箱里的热水汇合至供热水箱，再由泵供给热用户使用。同时具有贮热水箱和供热水箱，一来可以增强储热能力，分散建筑的承压；二来可以保证恒温供水，提供更高质量的热水。一般来说对于星级酒店、高档小区、学校、医院等供热要求质量高的场所是非常有必要的。
2 太阳能热水系统的控制方式
对于强制循环系统虽然有许多不同的形式，但是都是通过几种控制方式来完成整个系统功能的，主要有定温放水、温差循环、最低水位控制、辅助热源控制、供热末端回水循环等。现在还有一种是将变频技术应用于太阳能热水系统，对供水管路中的压力进行监测，把监测到的压力值与设定值进行PID计算，然后将信息传递给变频器，变频器再调整电机的频率，从而改变泵的输出流量与压力，达到保持恒定压力与节能的目的。图3为强制循环系统。
图3 强制循环系统
2.1 集热器定温放水
在光照条件下，当太阳能集热器内水温达到设定温度值时（可在0～100℃以内任意设定，一般设定在55℃），控制器使定温电磁阀自动开启，自来水进入太阳能集热器，并将太阳能集热器内达到设定温度的热水顶入贮热水箱；当太阳能集热器内水温低于设定值时，电磁阀自动关闭。周而复始，直到贮热水箱满水位。
2.2太阳能热水系统温差循环加热
当贮热水箱水满时，控制器使系统自动转入温差循环。即当太阳能集热器内水温高于水箱水温时，控制器使循环水泵按温差变频方式自动启动，将水箱内较低温度的水打入太阳能集热器，而将太阳能集热器内高于水箱温度的热水顶入贮热水箱；当太阳能集热器内水温不高于水箱水温时，控制器使循环水泵自动停止。
2.3 水箱最低水量保持
控制器随时检测贮热以及供热水箱水位，当低于最低设定保持水位时，控制系统会使辅助加热自动启动，并通过太阳能向水箱补水，直至达到最低保持水量热水时，辅助热源及定温电磁阀自动停止。
2.4 辅助热源加热控制
根据太阳能热水系统晴天时产水标准或用户设定标准，电脑控制器随时对水箱水量、水温进行检测。当阴雨天或光照不足，太阳能热水系统产热水量不足时，自动启动辅助热源系统；当水箱水温高于设定值时，太阳能定温电磁阀自动打开，冷水进入太阳能集热器，而将太阳能集热器内的水顶入贮热水箱；当水箱水温低于设定值时，电磁阀自动关闭。如此不断循环使水箱热水不断增加，当贮热水箱达到检测水量时，辅助热源自动停止。
2.5 供热末端回水循环控制
当控制器检测到用户末端的水温低于设定值时（一般设定为30℃），回水循环泵启动将回水管路中的较低温水抽回至供热水箱，同时将供热水箱中较高温水输送至用户，向用户供应热水；当温度达到设定值时（一般设定为55℃）停止。此泵也可以当作增压泵使用，在程序中设定即可。当用户高峰用水时，此泵自动打开供水，提高管道供水量及压力，满足用水高峰时的需求。
2.6 定时供水
为了节省用水用电，有的系统还会设定分时段供水。这种方式特别适应小区、学校等用水时段相对稳定的场所。定时供水只需在控制器中直接设定即可，一般来说设定早、中、晚3个时间段，如07：00～09：00；11：00～13：00；17：30～22：00，当然时间段是可以根据用户需求调整的。
3 太阳能热水系统运行方式的选择原则
太阳能热水系统的设计应遵循节水节能、经济实用、安全可靠、维护简便、美观协调、便于计量的原则，根据使用要求、耗热量及用水点分布情况，结合建筑形式、其他可用能源种类和热水需求量等条件，来选择太阳能热水系统的形式。
而太阳能热水系统的控制方式，也是根据其运行方式、用户需要达到的用热品质而决定的。
参考文献：
1郑瑞澄主编，民用建筑太阳能热水系统工程技术手册.化学工业出版社，2005
2中华人民共和国国家标准（GB 50364-2005）2005-12-05发布，民用建筑太阳能热水系统应用技术规范。
3中华人民共和国国家标准（GB/T 18712-2002） 太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范。
来源：中国太阳能工程（cdl）
