真空管是一種高效的太陽能集熱元件，它具有工作溫度高、承壓能力大、耐冷熱沖擊、 抗冰雹等的優(yōu)點。熱管真空管組成的太陽熱水系統(tǒng)，運行可靠，安裝方便，適應性強， 深受用戶歡迎。本文簡要介紹熱管真空管太陽熱水系統(tǒng)的有關設計問題，供大家參考。
1 熱管真空管太陽熱水系統(tǒng)工作原理
（1）熱管真空管
熱管真空管的結構如圖所示。太陽光透過玻璃管照射在吸熱板上，太陽選擇性吸收膜將太 陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能。吸熱板吸收的熱量迅速將熱管內(nèi)少量工質(zhì)汽化，并迅速上升到冷凝 端，放出汽化潛熱后冷凝成液體，在重力作用下流回熱管蒸發(fā)端。利用熱管內(nèi)少量工質(zhì)的 汽—液相變循環(huán)過程可連續(xù)地將吸收的太陽能傳遞到冷凝端加熱水。為使熱管內(nèi)冷凝后的 液體工質(zhì)流回蒸發(fā)端，熱管真空管工作時與地面的傾角應大于10°。
（2）熱管真空管集熱器
熱管真空管集熱器結構示意圖。由該圖可見，每支熱管真空管的冷凝端通過導熱塊將熱量 傳遞給集管，不斷加熱其中的水。真空管的冷凝端與導熱塊剛性連接，被加熱水不流經(jīng)真 空管，因此安裝十分簡單，即使真空管發(fā)生損壞，太陽集熱器的工作并不會因此而中斷。
（3）熱管真空管太陽熱水系統(tǒng)
熱管真空管熱水系統(tǒng)工作原理圖。熱管真空管集熱器吸收太陽輻射將水加熱，循環(huán)泵將儲 水箱中的低溫水輸入集熱器進行循環(huán)加熱。循環(huán)泵的工作由光控儀控制，當太陽輻照度達 不到設定值時，循環(huán)泵不工作；如當全天達不到設定輻照度時，也可由輔助加熱裝置進行 加熱。
2 系統(tǒng)主體設計的依據(jù)
在進行太陽熱水系統(tǒng)設計時必須掌握一些基本資料，作為設計的依據(jù)。
（1）用戶要求
主要包括：用水量、水溫、用水時間的要求；要不要輔助加熱，采用何種輔助能源。
（2）建筑物的情況
主要包括：熱水系統(tǒng)安裝平面（屋面）的具體尺寸，屋面荷載和承重梁分布情況，屋面正 南方向有無建筑物的遮擋，水源和電源情況；讓用戶提供屋頂平面和結構圖紙。
3 太陽熱水系統(tǒng)工程參數(shù)的確定
（1）系統(tǒng)的朝向
在北半球，集熱器陣列朝向正南。
（2）集熱器面積
（a）采用熱管真空管集熱器（在日照17000KJ／m2.d條件下），每平方米集熱 面（4支熱管真空管）從上午9時至下午3時，水溫設定在40—60℃時，春秋季產(chǎn)熱水量 60—70L／m2.d，夏季產(chǎn)熱水量70—80L／m2.d，冬季產(chǎn)熱水量50—60L／m2.d。
我們根據(jù)用戶的實際需要來選定平均日產(chǎn)水量。若系統(tǒng)全年使用，特別是要保證冬季的用 水量，推薦以50—60L／m2.d（水溫40℃以上）產(chǎn)水量為標準來確定集熱器面積。
（b）太陽熱水系統(tǒng)提供淋浴用熱水時，用水量可參照國家頒布的《室內(nèi)給排水熱水供應 設計規(guī)范》的有關規(guī)定，水溫在40℃以上時，平均每人每次的用水量為35—40L。當然， 用水量還要根據(jù)用戶的要求最后確定。
（3）集熱器傾角
若系統(tǒng)全年使用，集熱器傾角推薦為：
α=當?shù)鼐暥龋?°—10°）
（4）集熱器前后排間距
為了使集熱器相互不遮擋，前后排集熱器的間距可按表1確定。
（5）建筑物屋面荷載
安裝太陽熱水系統(tǒng)的建筑屋面，活荷載要求在150kg／m2以上。
4 集熱器的排列方式、水箱布置及管路設計
（1）集熱器的排列方式
集熱器的排列方式有串聯(lián)、串并聯(lián)和混聯(lián)，如圖所示。可按照需要選用。
（2）水箱的布置
首先，水箱應安裝在建筑的承重墩上，若沒有預留基礎承重墩，則應根據(jù)建筑結構圖了解 承重情況，將承重墩放置在承重梁（墻）上。同時還應考慮供水和取水管路應盡量短，與 水箱較近，避免過長的管路外露而發(fā)生凍裂。
（3）循環(huán)管路的設計
熱水系統(tǒng)中的循環(huán)管路主要是指從循環(huán)泵的吸水口經(jīng)過集熱器集管，回到儲水箱的管路。 在循環(huán)管路的點要設置放氣管，放氣管應高出點600—800mm，整條管路要有一 定的斜度（>0．5％），目的是在循環(huán)泵停止運行時，使管路中的水能夠自動流回水箱。
5 系統(tǒng)設計
（1）系統(tǒng)平面布置
太陽熱水系統(tǒng)平面布置如圖所示。其中前后排集熱器間距L可由表1確定。
集熱器傾角α30°40°45°前后排集熱器間距L(mm)1800--30003000－3200
n1、n2、n3為單排集熱器（單元）數(shù)，L為集熱器單排之間的間距
（2）系統(tǒng)基礎設計
系統(tǒng)基礎設計如圖所示。該圖主要標明集熱器和水箱基礎的尺寸及相對位置。若有屋面 結構圖，應標明這些尺寸與屋面結構圖中的相關基準的位置。
單排基礎墩的橫向距離為2000mm，若單排橫向距離總長度不是2000mm的整數(shù)倍時，對基礎墩之間的橫向距離應在2000mm之內(nèi)，其具體的尺寸由圖6中L1、L2、L3的尺 寸確定。基礎的預埋板應進行超平，使其等高。
（3）集熱器支架設計
集熱器支架是根據(jù)系統(tǒng)布置圖中的集熱器排列方式和數(shù)量以及集熱器的傾角進行設計的。 主要確定集熱器傾角的標準單元支架（三角架），它通過橫拉筋現(xiàn)場焊接而成。其單排的 總長度由單排集熱器數(shù)確定，橫向支架整體斜度通過三角架之下支撐角鋼來進行調(diào)節(jié)，要 保證斜度>0.5％。
（4）水箱的結構設計
水箱容積的確定：以浮球閥控制的液面以下的水量作為水箱的容積大小。水箱內(nèi)的管件主 要包括：與循環(huán)管路相連的上水循環(huán)管路（其間連有循環(huán)泵）、循環(huán)回水管、冷水上水管、熱水取水管、水箱排污管、溢流管、安裝探頭的焊接管箍等。
水箱內(nèi)各管件相對位置設計應遵循的原則：
（a）在系統(tǒng)運行時，熱水管取到液面時， 循環(huán)泵的吸水口總是處于液面以下，泵能正常工作，不會讓循環(huán)泵空轉(zhuǎn)；若有電加熱時， 電加熱的安裝位置應保證不進行干燒。
（b）各管件應保證垂直方向的相對高度，水平方 向的位置可靈活布置。
（a）在系統(tǒng)運行時，熱水管取到液面時， 循環(huán)泵的吸水口總是處于液面以下，泵能正常工作，不會讓循環(huán)泵空轉(zhuǎn)；若有電加熱時， 電加熱的安裝位置應保證不進行干燒。
（b）各管件應保證垂直方向的相對高度，水平方 向的位置可靈活布置。
