世博中心太阳能光热系统设计

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1、万方数据·上海世博会场馆华东建筑设计研究院设计专栏·世博巾心太阳雒光热系统设计梁超1冯旭东1王磊2张亚峰1张伯仑1方达龙2陈立宏1毛建华2赵雷1(1华东建筑设计研究院有限公司，上海200002；2阿里斯顿热能产品(中国)有限公司，无锡214028)摘要从集热系统选择、集热器与建筑的结合、蓄热系统、运行策略等多个方面介绍了世博中心太阳能光热系统设计。该系统通过采用真空直流热管集热器，以车棚遮阳板的形式实现集热器与建筑的完美结合；采用高低温分级储热模式以及合理的运行策略，实现经济高效利用太阳能的目的。最后介绍了该系统的节能情况，及其在绿色建筑三星设计标识评价与LEED认证中的得分情况。关键词

2、世博中心太阳能光热真空直流热管集热器上海世博会1世博中心太阳能光热系统概述世博中心太阳能光热系统选用短期蓄热集中太阳能热水系统，强制循环、二次换热。采用由太阳能集热器产生的热水为主热源、自备锅炉提供的高温热水为辅热源的系统制备热水，集中供给各用热水点，并设有热水循环泵强制同程机械循环、动态回水，以保证热水供回水温度60℃／55℃。在支管循环较困难及部分重要场所采用电动调温电伴热措施。为尽可能使用水点处冷、热水压力平衡，热水系统分区与给水系统保持一致。冷水由地下室给排水设备机房内的水箱经高、低区变频给水加压泵组分别提升供给。各压力分区分别配设水加热器、循环水泵和膨胀罐。水加热器、循环水泵和

3、膨胀罐集中置于地下室太阳能热水机房内。太阳能集热器以车棚遮阳板的形式置于基地西侧室外总体上。太阳能光热系统原理见图1。2集热系统太阳能集热器是太阳能热水器的关键部件，成本约占一半或以上，集热器质量直接影响热水器或热水系统的质量。从全球范围来看，集热器形式和技术应用存在很大差别，我国以真空管集热器为主，国际市场以平板集热器为主；我国集热器绝大多数在非承压下工作，而发达国家绝大多数是承压状态；我国集热器绝大多数是一次循环(直接)，而发达国家多为二次循环。太阳能集热器主要有平板集热器和联集管集热器，在技术上这两种集热器都已很成熟。其中平板集热器是在17世纪后期发明的，20世纪60年代以后开始进

4、行深入研究和大规模应用；联集管集热器20世纪90年代起源于中国，分为普通非承压集热器、热管集热器、U型管集热器、真空直流热管集热器等。2．1普通非承压真空管集热器普通非承压真空管集热器以工艺简单、价格低廉、冬季保温好等特点被大面积推广，但也存在不足。辅助热源循环泵图1太阳能光热系统原理给水排水V01．36No．7201087万方数据(1)真空管内直接加热水，升温快，当管路系统不合理或控制系统故障时上部内管处于空晒下，水容易被蒸发。当内管上下温差超过玻璃耐受温差冲击极限时，内管会炸裂，造成系统漏水。(2)真空管内长期有水且温升较快，水中钙镁离子浓度大时管内壁容易结垢，管内也容易积淀絮状物，

5、致使集热效率下降。(3)冬季环境温度低于0℃时，室外集热系统内的水容易结冰，使管路冻坏。现常用的办法是在管道下方加设电热带、进行防冻循环。2．2真空管热管和真窄管U型管集热器图2为真空管热管和真空管U型管集热器示意。优点：真空管内不直接走水，炸管概率降低(即使炸管也不漏液)。缺点：联集箱内直接走水，长期使用造成联集箱内结垢，热管头部结垢导热效率下降，出现故障后热管拆卸困难；U型管集热器管内走水，造成管内结垢降低传热效率，甚至U型管堵塞失去集热效果。解决办法是进行水的净化软化、加药、磁化处理等，这样可在一定程度上缓解上述问题，或用防冻液作为导热介质。另外两者在安装形式都有所限制。冷怨蛰堡匆

6、1Ⅱ哑砂真空管热管集热器U型臀集热器图2真空管热管和真空管U型管集热器2．3平板集热器图3为平板集热器示意。优点：承压能力强，可做成全封闭系统，避免了空气中氧气及杂质进入集热系统，可靠性高；用防冻液作导热介质，冬季彻底防冻，与建筑物的结合较好。缺点：制作工艺较复杂、成本较高，和普通联集管集热器相比集热效率受环境温度影响大，夏季高、冬季低。图3平板集热器88给水排水V01．36No．72010平板集热器的吸热条带镀膜技术要求高，由于平板集热器内不能抽成真空，吸热条带长期暴露于空气中，和空气中的氧、水分子长期接触，要求其耐老化性极高。我国对选择性吸收材料的研究应用经历了从非选择性的普通黑漆到

7、选择性的硫化铅、金属氧化物涂料，从黑镍、黑铬到铝阳极氧化涂层等几代的更替。目前我国平板集热器吸收表面主要采用铝条带上阳极氧化着色和铜条带上镀选择性涂层的方法。目前用于真空管间歇式磁控溅射铝一氮一铝材料选择性吸收涂层的镀膜生产技术是随着真空管集热器的产生而发展起来的，由于该涂层耐候性能较差，不适用于平板集热器。2．4真空直流热管集热器真空直流热管集热器(见图4)使用真空隔热技术，管内保温好；管内介质容量小，升温迅速；所搭建的系统均为闭