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这个“太阳能解决方案”专栏刚刚跨过了一个吉祥的里程碑——100篇文章,而且还在增加。在过去的这些专栏中,我已经介绍了与建筑中集成太阳能水力系统(又名太阳能组合系统)的设计和安装有关的广泛内容。每篇文章都代表了一个更大难题的一小部分,为更大规模地部署水力太阳能加热系统提供了路线图。
这些策略不仅适用于太阳能加热应用,而且已经安装在各种流体加热应用中,其中多个热源连接到多个加热负载。事实上,本专栏中的“太阳能加热”一词几乎可以替代任何可再生热能或高效水力循环替代技术的组合。在过去的专栏中,我提到了现有的设备,例如木材锅炉、废热回收和地源热泵。
以防你错过了之前的一些文章,我想借此机会回顾一下过去九年里的一些关键战略,从一个我认为是“最高指导”的概念开始(向《星际迷航》道歉)。
最高指示:“必须升级。”
我们不能指望太阳能和可再生能源在更大的消费市场上被广泛接受,除非它们至少像传统的热水锅炉系统一样可靠和无故障。而且,它们不会成为房主和建筑管理者梦寐以求的升级产品,除非它们表现出比传统产品更好的稳定可靠的性能和寿命,并具有我们在混合动力汽车和光伏(PV)太阳能电力系统中所期望的指尖控制。
这定义了“主要指令”,该指令规定:“总是设计和安装太阳能加热设备,至少与它所取代的传统系统一样可靠和无故障。”只要有可能,就提供优于传统替代品的高性能、使用寿命和控制能力。”
因此,例如,随着我们的世界越来越多地采用自动化操作,智能计算机控制和互联网连接,我们的“新标准”太阳能加热装置不再需要人工干预来执行复杂的操作序列,从一个月到另一个月,从一个季节到另一个季节。我们目前安装的太阳能/水力系统设计为“故障安全”,无需使用者任何特殊技能或知识即可自行处理。今天,我们有技术和现场经验,使太阳能加热与传统加热技术一样好,甚至更好。为了确保太阳能供暖始终被视为技术的进步和建筑的升级,请遵循主要指令。使用以下7条好的太阳能水力设计原则作为指导:
任何太阳能循环家庭供暖装置的成功都取决于这些原则之间经常发生冲突的平衡。找到两者之间的平衡定义了太阳能供暖设计的艺术,也是本专栏的潜在主题。
顶级设计和安装策略
在过去的100篇文章中,我对太阳能组合系统和相关设计提出了许多详细的建议。我的许多建议都是直接针对前几代太阳能加热装置中发现的不完整或不可靠的安装细节。在过去的30年里,我修理、拆除和改造了许多太阳能供暖系统。以下是这些专栏中出现过并经受住了时间考验的好主意的简短列表。近年来,它们已经在数百个太阳能/水力装置中证明了自己的价值,无论是改造还是新建。现在我在设计的每一个组合系统中都包含了所有这些策略:
1.文件编制:制作完整的管道、布线和控制图。
太阳能管道设计和控制是同一枚硬币的两面。如果没有兼容的控制装置,管道系统将无法工作,反之亦然。这不是偶然发生的,必须在施工开始前仔细规划。记录完整的管道和布线计划所花费的时间比在安装、启动和正常维护期间节省的时间要多得多。对于未来的用户和服务人员来说,在这样一个系统的生命周期中,这也是非常宝贵的。
2.主回路配置:标准化太阳能/水力管道。
主回路“流中心”管道配置允许多个热源连接到多个热负载并直接提供热量(1),或(2)绕过任何源或任何负载,或(3)允许任何源或负载同时运行。在过去的文章中,我使用了一个简单的一次循环组合系统Combi 101来说明系统的这些功能,该系统包括一组太阳能热板、一个锅炉、一个家用热水箱和温暖的地板供暖系统。较大的主回路系统还可以包括游泳池、踢脚板区、木材锅炉和储热水箱,它们连接在同一回路上。(管路示意图示例见图85-1)我们公司,AMENERGY-Solarlogic,已经为我们自己开发了一个软件设计工具,可以加快“新标准”主回路系统的设计过程。我们称之为“斜杠- d”,任何人都可以通过我们的网站免费使用。
3.直接在地板内太阳能蓄热:使用混凝土地板代替水箱。
通过将两级室内恒温器集成到太阳能控制系统中,混凝土辐射加热地板的可观储热能力可以直接用作太阳能储热。在许多情况下,这将缩小甚至消除对大型储热水箱的需求。(“斜杠- d”设计软件将有助于做出这一决定。)当辐射热管嵌入游泳池或水疗中心的混凝土外壳时,同样的原理已成功地用于加热游泳池和热水浴缸。
4.可控过热散热:采用控制器,防止采集器过热。
如果让太阳能集热器内部的液体过热,就会造成很多麻烦。我们现在采用控制系统,可以将额外的热量安全地散发到游泳池,水箱,现有车库地板,冰融化人行道或其他正常的砖石加热区域,以受控的方式冷却集热器。当控制得当时,人类的舒适度不会受到损害,蒸汽在收集器中被阻止,使用已经存在的地板或地面区域循环。这可以消除对更复杂的冷却系统附加组件的需求。
5.被动自冷:有些自冷方法在断电时仍能工作。
热虹吸自冷翅片可以添加到任何一组平板太阳能集热器上,只要集热器内外的管道满足一些简单的先决条件。我们最近安装的大多数太阳能组合系统都包括这种冷却选项,以减少对长期服务的需求。排水式太阳能加热系统也能无限期地在电力故障中存活下来,因为当太阳能泵失去电力时,它们会自动清空。
6.夜空辐射冷却:夜间可采用平板散热板进行冷却。
NSRC的冷却可以使用玻璃平板太阳能加热板来完成,或者使用无玻璃平板(通常用于加热游泳池)效果更好。在最近的安装中,我们包括了控制设置,允许在夏天晚上通过运行太阳能集热器来冷却温暖的地板。类似的控制系统可以被编程为在夜间从过热的水箱中散热,当储存的热量不被消耗时。
7.性能验证:数据记录仪,远程显示和远程控制。
过去困扰太阳能供暖专业人士的一个长期问题是,难以验证一个复杂的太阳能控制系统在每个季节都能正常工作。老派的控制方法需要实地考察,在机械房间里花几个小时思考大量的手动控制设置。可以在现场花费数小时试图观察系统的正确响应,这随着天气条件的变化而变化。一些安装人员已经添加了数据记录器来记录温度和系统状态,这样就可以使用长期的性能记录来做出更好的调整。现在,一些传统的太阳能控制器内置了一个数据卡,可以拆卸并下载到你的电脑上。这些类型的数据记录器仍然需要前往现场收集数据。互联网控制现在变得越来越广泛,无需现场访问就可以远程访问数据。
在AMENERGY-SolarLogic,我们通过开发SolarLogic集成控制(SLIC)系统解决了这个问题。这是一个“新标准”太阳能水力系统的集成控制,包括可以在互联网上下载的数据记录。SLIC还通过互联网提供远程监测和远程调整和控制。作为额外的好处,它在一个控制盒中提供了上述第2到7条中提到的所有控制功能和能力。
最后指出
这些文章针对的是小于1万平方英尺的住宅和小型商业建筑。重点是加压乙二醇/水力系统,因为这些系统可以应用于各种建筑几何形状和方向,几乎没有限制。这些文章中提到的品牌名称、组织、供应商和制造商仅为说明和讨论提供示例,不构成任何推荐或认可。本专栏的过期刊可以在phcppro.com和SolarLogic LLC网站的存档中找到。
七项原则
成功的太阳能/水力设计和安装的关键要素可以用七个目标来描述,大致按其重要性顺序列出如下。
1.可靠的,让它可靠。没有“太阳能回报”,当它停止工作时也没有任何好处。
2.有效的,考虑用户满意度。无论是否使用太阳能,用户都希望从他们的空间供暖和DHW供暖中获得一致、可控和舒适的结果。
3.兼容的,让它以各种可能的方式兼容。避免在每个作业现场使用与现有系统、建筑、材料、人员技能水平或任何其他限制条件不兼容的组件、流体、温度或压力。
4.优雅,用少做多。更少的部件意味着更低的成本和更少的故障。
考虑使用单个组件来完成两个或三个不同功能的方法。
5.有用的,便于安装、维修和调整。隔离阀、平衡阀、空气泄放器和接头可以省去很多麻烦。数据记录和远程控制通常值得节省服务行程。
6.有效的,内置热电效率。太阳能设备、电气元件和控制装置必须协同工作,以提供高能效和一致的舒适度。
7.可证实的,监测,计量,数据记录和远程控制。性能必须是可证明的,通过易于访问和易于按需显示的数据记录来证明。