莊紹林—中科院研究員

 

       太陽能集熱工程遇到陰雨天、霧天、陽光不足時,水溫往往達不到要求，但用戶需要大量熱水,這時不得不采取輔助加熱的辦法。下面結合施工單位的實例，談談輔助加熱和循環泵的種類、優缺點及注意的問題。

      

         一、    電加熱器：

1、         電加熱器實際是利用電阻絲發熱的電器設備，其熱量的核算是：Q = K IVt, 其中Q 代表發熱能量,K表示比例系數, I 表示流過該電加熱器的電流強度,V代表電加熱器兩端的工作電壓, t代表電加熱器的通電時間。單位是Q（焦耳）， I（安培），V（伏特），t（秒），IV可以用電加熱器的額定功率近似代替。因為電加熱器的實際功率只有在電加熱器的兩端加的實際電壓=額定電壓時，上述條件才能成立。一般情況下額定功率大于實際功率，原因是輸電線路電阻較大，線路消耗部分電能，再加上變壓器內阻耗能，因而用電器兩端的電壓往往小于額定電壓。因此在設計時，應選擇額定功率大一點的用電器。                                   

2、水溫升高所需電功率的計算方法:

若加熱時間限定在3小時左右，則1噸水需電加熱的功率如下：P=Q/T，Q=Cm△T，C取4.2×10³焦耳/千克，m=10³千克， t=3小時，C是水的比熱容，△t=15度。

則Q=63×10⁶焦耳，m=1噸=10³千克，

P=Q/t=63×10⁶焦耳/3×60×60秒

=6千瓦。

△T(T2-T1)=Q/Cmn，Q代表所需熱量,m代表水的質量單位：克，n代表系數,此系數與水箱的隔熱情況有關,保溫越好n值越小,T1代表開始加熱的溫度值,T2代表加熱結束時的溫度值?？梢?，T2越大，提升的溫度越高，所需的電能越大，加熱水的質量越大，所需的電能越大，一般可設計起始溫度42℃，結束加熱的溫度55℃。加熱功率按每噸水5~6千瓦設計比較合適。電加熱器由于直接采用電阻絲發熱，由于水垢等原因，熱效率不太理想；保溫再好的水箱，電能也不會完全轉成水箱水吸收的熱能，熱效率是比較低的。

3、目前有電加熱效率比較高的空氣源熱泵，采用空氣壓縮機從室外空氣中攝取熱能，節能效果比電阻絲加熱器好，但是首次投入成本較大。一般是電阻絲熱水器的幾十倍。

4、         燃油鍋爐加熱耗能成本比電加熱成本稍低，但首次投入的成本比空氣源熱泵還要大。

由此可見，從節能方面看，應首選空氣源熱泵，其次選燃油鍋爐；從首次投入成本看，應選用電阻絲加熱器。

     

        二、    循環泵的種類、選用方法

循環泵分直流泵和交流泵；交流循環泵分單相泵和三相泵。這里重點談交流泵：

三相泵的工作原理是：泵電動機的電樞線圈中產生空間旋轉磁場，每相線圈產生的磁場與相鄰的線圈產生的磁場的幾何角度是120度，三相線圈在同一時刻產生的磁場，恰好旋轉360度。三相線圈電流瞬時迭加值是零。這樣，電機是在均勻旋轉的磁場中轉動，電機的轉子轉動相對平穩，軸承不容易震動發熱，因此電機的壽命較長，也就是說泵的使用壽命相對較長。

單相電機的單相線圈中不會產生旋轉磁場，需要采用電容器或電感器裂相的辦法產生旋轉磁場，從而使電機轉子轉動。裂相的辦法最大使相鄰線圈的磁場相差90度，這樣單相電機轉子在轉動中不會像三相交流電產生的磁場那樣均勻。另外，由于電容器容易漏電或容量不足，影響裂相幅度，導致轉矩不足，啟動困難，定子線圈電流增大發熱，影響電機的使用壽命，也就是泵的壽命。

    

       綜上所述：應該盡量選用三相交流循環泵，如果沒有三相交流電，也應該選用功率較大的國內外知名品牌的單相泵。直流電機泵，由于噪聲和成本較大，盡量不采用。