Chinese
English
Español
Francés
Deutsch
العربية
Português
日本語
한국어
Italiano
Гидравлическое проектирование
Солнечные тепловые коллекторы последовательно и параллельно: расход, падение давления и балансировка
В солнечной тепловой батарее истинное последовательное соединение пропускает теплоноситель через один коллектор, а затем через следующий. Параллельное соединение разделяет поток между отдельными коллекторами или ветвями перед объединением в обратном коллекторе. Многие более крупные поля используют короткие последовательные цепочки, соединённые параллельно.
В этом руководстве
Выбор влияет на распределение потока, повышение температуры, падение давления и доступ для обслуживания. Он также должен соответствовать внутренним водоводам выбранного коллектора и утверждённым схемам подключения.
Эта статья касается жидкостного контура солнечных водонагревательных коллекторов. Электрическое последовательное и параллельное соединение фотоэлектрических модулей подчиняется иным правилам проектирования.
Сначала проверьте, что соединено внутри коллектора
Ряд коллекторов, соединённых бок о бок, не обязательно является истинной тепловой последовательной цепочкой. Некоторые коллекторы имеют коллекторные трубы с несколькими параллельными стояками. Соединение их портов может продлить коллекторную магистраль вдоль ряда, в то время как каналы абсорбера остаются соединёнными параллельно.
Прежде чем описывать компоновку коллекторов как последовательную или параллельную, проследите фактический путь жидкости от входа до выхода. Проходит ли полный поток ветви сначала через первый абсорбер, а затем через второй, или же он разделяется между каналами абсорберов, питаемыми общими коллекторами?
Запросите гидравлический чертёж конкретной модели, утверждённые положения входа и выхода, обработку неиспользуемых портов и разрешённые конфигурации массива. Внешний вид и количество портов не определяют внутреннюю схему.
Последовательные, параллельные и комбинированные схемы
На следующих схемах показана только упрощенная топология. Клапаны, датчики, защита от расширения и другие компоненты установки опущены.
Последовательное соединение:
Подача --> [Коллектор 1] --> [Коллектор 2] --> [Коллектор 3] --> Обратка
Параллельное соединение:
Подача --+--> [Коллектор 1] --+--> Обратка
+--> [Коллектор 2] --+
+--> [Коллектор 3] --+
Параллельные ветви с короткими последовательными цепочками:
Подача --+--> [К1] --> [К2] --+--> Обратка
+--> [К3] --> [К4] --+
+--> [К5] --> [К6] --+
| Вопрос проектирования | Последовательная цепочка | Параллельные коллекторы или ветви |
|---|---|---|
| Куда движется жидкость? | Через каждый коллектор в цепочке | По одному из нескольких путей |
| Как учитывается расход? | Расход цепочки проходит через каждый коллектор | Суммарный поток поля равен сумме потоков ветвей |
| Что происходит с температурой на входе? | Она повышается вдоль цепочки при полезном сборе | Входы ветвей схожи, если потери тепла в коллекторе малы |
| Как рассчитывается потеря давления? | Добавьте потери вдоль цепочки при её потоке | Рассчитайте каждый путь; включите потери в общих трубах при общем расходе |
| Что ограничивает расположение? | Утверждённый расход, длина строки, потеря давления и температура | Распределение ответвлений, размеры коллектора и балансировка |
| Что необходимо проверить при вводе в эксплуатацию? | Расход строки и рабочие температуры | Индивидуальные расходы ответвлений, а также общий расход |
Общие гидравлические принципы параллельных путей и обратного возврата см. вРуководстве Caleffi по системам распределения. Его примеры с нагревательными излучателями устанавливают принципы трубопроводов; температуры солнечных коллекторов и ограничения модели требуют отдельных проверок.
Рассчитайте расход из предполагаемой рабочей точки
Энергетический баланс в жидкостном контуре выглядит следующим образом:
P = массовый_расход x удельная_теплоёмкость x повышение_температуры
При мощности в кВт, массовом расходе в кг/с и удельной теплоёмкости в кДж/(кг·К) единицы измерения согласованы. Для воды, используя приблизительные значения плотности и теплоёмкости, получаем удобное оценочное соотношение:
P (кВт) = 1,163 x объёмный_расход (м3/ч) x повышение_температуры (К)
Рассмотрим гипотетическую расчетную точку с полезной мощностью 20 кВт и повышением температуры на 10 К:
Объемный расход = 20 / (1,163 x 10)
= приблизительно 1,72 м3/ч
Если четыре равные ветви подают по 5 кВт каждая при том же повышении температуры, каждая ветвь несет приблизительно 0,43 м3/ч. Общая магистраль несет 1,72 м3/ч.
Эти цифры демонстрируют сохранение энергии. Они не являются рекомендуемой настройкой расхода для модели SOLETKS. На практике проектировщик также должен соблюдать допустимый диапазон расхода производителя и подтвердить, что предполагаемая полезная мощность достижима при предлагаемых условиях.
Для гликолевых смесей замените свойства воды на плотность и удельную теплоемкость поставщика жидкости при соответствующей концентрации и температуре. Проверяйте вязкость при расчете перепада давления, особенно при холодном запуске.
Более высокая температура на выходе не доказывает более высокую производительность
Уравнение расхода помогает объяснить распространенное заблуждение. При предполагаемой выходной мощности 20 кВт снижение расхода воды с 1,72 до 0,86 м³/ч изменяет расчетный рост температуры с примерно 10 К до 20 К. Это не удваивает количество переданного тепла.
Реальная выходная мощность коллектора не является фиксированной независимо от рабочей температуры и расхода. Поскольку истинная последовательная цепочка нагревает жидкость, последующие коллекторы работают с более высокой температурой на входе. Их тепловую мощность необходимо оценивать при этих условиях, а не считать равной мощности первого коллектора.
Вопрос закупки, следовательно, заключается в следующем: обеспечивает ли данная схема требуемое полезное тепло, оставаясь в пределах допустимого рабочего диапазона? Выбор контура только потому, что конечный выход горячее, может привести к неверному ответу.
Используйте модельно-специфические данные о тепловых характеристиках для температурного диапазона проекта. Не превращайте пример с повышением температуры в годовой прогноз энергопотребления.
Падение давления: работа по полному пути потока
Для последовательной цепи потери давления последовательных компонентов складываются при одинаковом расходе в цепи. Для параллельных ветвей суммирование всех потерь ветвей привело бы к завышению требуемого давления насоса. Оценивайте полные пути между напорным и всасывающим патрубками насоса, включая общие трубопроводы.
В качестве иллюстративного расчёта предположим, что ветвь содержит три истинно последовательных коллектора. При выбранном расходе ветви:
| Компонент | Предполагаемые потери давления |
|---|---|
| Коллектор 1 | 4 кПа |
| Коллектор 2 | 4 кПа |
| Коллектор 3 | 4 кПа |
| Трубы и фитинги ветви | 5 кПа |
| Общие потери ветви | 17 кПа |
Теперь предположим четыре гидравлически равных ответвления, каждое по 0,43 м³/ч, и дополнительные потери 13 кПа в общих трубах и оборудовании при общем расходе 1,72 м³/ч. Полученная предварительная нагрузка составляет:
Общий расход = 4 x 0,43 = 1,72 м³/ч Требуемый перепад давления = 17 + 13 = 30 кПа Эквивалентный водяной столб = 30 000 / (1 000 x 9,81) = приблизительно 3,06 м
Это не 4 x 17 + 13 кПа. Ответвления являются параллельными путями, а не последовательными элементами.
Каждое число потери давления в этом примере вымышлено. Замените его кривыми падения давления для реальных коллекторов, клапанов, теплообменника и трубопроводов. Определите реальный ограничивающий контур, учтите требования балансировки и выберите насос по его рабочей характеристике.
Максимальное рабочее давление коллектора — это предел герметичности. Оно не сообщает о падении давления при циркуляции и не может заменить кривую падения давления.
Один полный расчёт рабочей точки насоса
Обратный возврат помогает, но поток всё равно требует проверки
При прямом возврате ветвь, до которой питание доходит первой, также имеет самый короткий обратный путь. При обратном возврате первая питающая ветвь имеет самый длинный обратный путь. Это позволяет уменьшить различия между суммарными сопротивлениями путей.
Одинаковая длина труб не гарантирует одинаковый расход. Ветви могут различаться по количеству коллекторов, фитингов, диаметру труб, настройкам клапанов или наличию воздуха. Введение Caleffi по гидравлической балансировке объясняет, почему сопротивление ветви определяет естественное распределение расхода.
Предоставьте практический способ измерения и регулировки расходов в ветвях. Записывайте расход как в ветвях, так и общий при вводе в эксплуатацию; правильный общий расход может скрыть недостаточно снабжаемую линию.
Например, четыре ветви с показателями 0,70, 0,50, 0,30 и 0,22 м³/ч в сумме дают 1,72 м³/ч. Эта общая цифра не показывает, что четыре предполагаемые равные ветви сбалансированы.
Высота крыши, закрытые контуры и дренажные системы
В полностью заполненном замкнутом циркуляционном контуре восходящий и нисходящий статические напоры в значительной степени компенсируются. Циркуляционный насос в основном выбирается для преодоления сопротивления контура во время циркуляции. Высота здания всё ещё влияет на давление заполнения, конструкцию расширительного бака, давление в самой высокой точке и пределы давления компонентов.
Дренажная система имеет другое условие запуска: насос должен сначала поднять жидкость в приподнятый контур. Уклон труб, способность к сливу и режим запуска требуют явного проектирования. Руководство Caleffi по солнечным тепловым комбисистемам объясняет, как условие циркуляции меняется по мере заполнения контура и развития сифона.
Не применяйте расчет насоса для закрытого контура к дренажной схеме без оценки запуска и слива.
Контрольный список проектирования для покупателей EPC
Перед утверждением схемы получите пакет документов, отвечающий на эти вопросы:
Каков точный внутренний путь жидкости выбранного коллектора?
Какие схемы подключения и максимальные размеры рядов одобряет производитель?
Каковы расчетный расход, повышение температуры и свойства жидкости?
Какие потери давления возникают при холодном запуске и нормальной работе?
Как балансируются и измеряются расходы в ветвях?
Какие трубы несут общий поток, а какие — ответвлённый поток?
Как учитываются тепловое расширение, воздействие замерзания и условия без нагрузки?
Где можно заполнить, промыть, слить и обслуживать систему?
Какие пусконаладочные измерения подтвердят проектные допущения?
Изоляция для обслуживания должна сохранять требуемую защиту от расширения и сброса давления. Итоговый чертёж должен быть инженерным монтажным документом, включающим все защитные компоненты и требования, специфичные для модели.
Для более полного расчёта нагрузки и хранения обратитесь к Руководство по расчёту коммерческих солнечных водонагревателей SOLETKSруководству по техническому обслуживанию может помочь определить записи, которые остаются полезными после передачи объекта.
Часто задаваемые вопросы
Что лучше для плоских солнечных коллекторов — последовательное или параллельное соединение?
Ни одно из них не является универсально лучшим. Сравните одобренную конфигурацию коллекторов, полезную выходную мощность, рабочие температуры, потери давления и схему монтажа. Более крупное поле может использовать несколько параллельных ветвей с одобренными группами коллекторов в каждой ветви.
Сколько коллекторов можно соединить последовательно?
Используйте точный предел производителя и проверьте гидравлический и тепловой расчёт. Размер порта сам по себе недостаточен, а боковое коллекторное соединение может не быть истинным последовательным путём.
Снижает ли параллельная разводка энергопотребление насоса?
Это может снизить потери давления по сравнению с некоторыми длинными последовательными схемами, но общий расход, размеры труб, балансировка и КПД насоса также имеют значение. Сравнивайте потребляемую мощность насоса в каждой фактической рабочей точке, а не предполагайте результат.
Можно ли смешивать разные модели коллекторов в одной ветви?
Не предполагайте совместимость. Различные кривые потерь давления, внутренние каналы, ограничения по жидкости и рабочие характеристики требуют явного проектного анализа и подтверждения производителя.
Можно ли использовать ту же схему для панелей PVT?
Только после проверки допустимого теплового контура модели PVT. Модули PVT также требуют отдельного электрического проекта, согласованного с гидравлической схемой и требованиями доступа.
Обсудите массив перед заказом компонентов
Отправьте SOLETKS модель коллектора, планируемое количество, схему расположения на крыше, расстояния между трубами, перепад высот, теплоноситель и предполагаемые рабочие температуры. Включите любую предлагаемую схему разводки, чтобы можно было определить необходимую гидравлическую документацию для конкретной модели.
Библиография
Caleffi: Одноциркуляционные распределительные системы. Общие принципы последовательного, параллельного, обратного и насосного режимов.
Caleffi: Введение в гидравлическую балансировку. Сопротивление ветвей и распределение потока.
Caleffi: idronics 6, Солнечные тепловые комбисистемы. Солнечные контуры и поведение при запуске дренажной системы.
SOLETKS: Руководство по подбору размеров коммерческой солнечной системы горячего водоснабжения…
Диаграммы и выполненные расчеты являются оригинальными пояснительными примерами. Они не определяют разрешенную схему подключения SOLETKS, расход коллектора, модель насоса или конструкцию установки.
