极寒地区大型平板太阳能集热工程回流防冻技术运用分析
浙江煜腾新能源股份有限公司/姚卫国、叶宏、徐恩惠、黄欢锋
关键词：回流防冻技术，热管，平板太阳能
0引言
我国太阳能热利用行业，自根据《“十二五”可再生能源发展规划》制定太阳能未来发展路线图以来，促进近年来北方寒冷地区的平板太阳能大中型集热工程的快速发展。但是在实际项目应用中很多太阳能企业由于自身实力的原因，造成很多交付的太阳能热水系统工程冬季运行基本处于瘫痪状态，给用户带来严重影响，在产品节能效果上没有达到设计应用的预期目标。平板太阳能集热工程的设计特别是北方寒冷地区平板太阳能集热系统的防冻设计对于如何使整套系统达到一个最佳的运行状态，实现真正的节能至关重要。我们针对问题较多的大型集热工程项目，提供一种以热管型平板太阳能集热器为基础的回流防冻技术运用方案，使设计方案更加符合实际状况，为平板太阳能集热工程系统在北方寒冷地区的进一步推广提供技术参考。
1系统运行状况分析
1.1排空防冻技术存在的问题(开式系统)
(1)大型平板太阳能集热系统采用管板型集热器内无法全部排空，造成系统冻裂，损失巨大；
(2)排空会极大浪费水资源。
1.2 防冻液防冻技术存在的问题(闭式系统)
(1)二次换热效率低(盘管换热或者板式换热)；
(2)北方寒冷地区昼夜温差大造成管路连接处渗漏；
(3)系统投资相对较大；
(4)防冻液质保期后需要更换，后期运行费用大；
(5)系统承压运行，四季不稳定；
(6)后期维护费用极大。
2回流防冻技术系统原理
(1)集热器选用抗冻热管型平板集热器；
(2)在集热器的进水口最高端设置吸气阀；
(3)集热器放置于屋顶，水箱放置于地下；
(4)进水管采用上坡设置，出水管采用下坡设置；
(5)采用其他清洁能源作为辅助加热；
(6)进水管的室外部分与出水管的室外部分的最低点连接，在连接处安装三位两通电动阀；
(7)系统采用温差循环控制，运行原理与常规运行一样，排空原理为当集热循环泵停止工作时，出水管的水靠自重往水箱侧回流，集热器管路产生负压，吸气阀自动打开，电动阀按照设置程序自动打开，进水管内的水靠自重往水箱侧回流，直至集热器及管路排空为止，吸气阀门自动关闭。
3系统主要集热部件介绍
(1)抗冻热管型平板太阳能集热器原理结构
图2 (发明专利号：ZL 2012 1 0072306.9)
(2)抗冻热管型平板太阳能集热器优点
1)结构简单，内阻小，水泵负载轻；
2)内部无焊接，无泄漏隐患，寿命长；
3)热损小，效率高，抗冻效果好；
4)管路连接方便，接头少，施工方便快捷，初期投资小。
4系统优点
(1)系统简单，效率高，运行稳定安全，投入成本低；
(2)集热器只有一根主管，管路简单，阻力小，容易排空；
(3)系统停运后集热管路内无水或者有少量水，防冻效果佳；
(4)后期维护费用低。
5设计施工要点
(1)集热器采用横置式放置，单组集热器管路保持2°~-3°倾斜角度；
(2)主管路尽量放置于室内或埋于地下；
(3)水箱放置于地坑，露出地面1/3 高度，四周保温，并设置机房，便于检修及减少热损；
(4)管路采用同程设计，主管路进水管路上坡设计安装，出水管路按照下坡设计安装；
(5)连接进水管和出水管的管路采用下坡设计安装。
6结论
采用回流防冻结合抗冻热管型平板太阳能集热器技术在北方寒冷地区的运用，解决了大型平板太阳能集热工程在系统防冻设计上的难题。为在北方寒冷地区大型平板太阳能集热工程的进一步推广运用提供有效的技术和设备保障。
