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太阳能供热系统须去除空气

编译 陈讲运

管线中的空气会破坏太阳能流体。顽固的气泡也可以关闭整个收集器领域。太阳能热系统的正确填充和良好的压力保持避免了麻烦。

太阳能热测试设施中的太阳能流体甚至无法存活一个夏天。在一项实验中，来自德累斯顿工业大学的项目经理 Karin Rühling 和她的同事有意在系统中构建了一个错误，该错误会在出现停滞时严重阻碍排空。结果：传热流体在一个夏天内变成了褐色的肉汤。储备的碱度已经用完，形成了有机酸。以这种方式改性的太阳能流体可以在短时间内破坏太阳能热系统。

空气很容易进入太阳能加热器。毕竟，密封件旨在防止水进入，而不是空气进入。只有在内部始终和每个点都存在超压时，空气才会留在外面，即正确设置压力维持。Rühling 总结了主要罪魁祸首：过小或维护不良的膜膨胀容器和过小的辅助容器通常是问题的原因。

正确填充太阳能热系统

但即使压力正确，太阳能回路中也可能存在空气。毕竟，一开始，空气在系统中无处不在——甚至在太阳流体被填充之前。并且它经常在那里持续存在，特别是在线路的局部高点处以气垫的形式。德累斯顿太阳能研究人员已经尝试了几种模型系统，以找出在太阳能电路充满时如何最好地将空气排出。

经典压力填充几乎总是小型太阳能热系统的首选方法。原理：您以尽可能高的速度通过管道追逐太阳能流体，以便它也带走在角落形成的气垫。为了使其发挥作用，流体必须在每一点都达到所谓的自排气速度。作为一个数字，这意味着：每个点的流速至少为每秒 1 米。如果您不确定，您必须使用您的袖珍计算器并通过将填充泵可以实现的最大体积流量除以最大管道横截面来进行数学计算。

小心平行线上的分支——当然这里要使用横截面的总和。通过在进入加油站的罐之前多次关闭球阀几秒钟，您可以随着流速的增加产生额外的脉冲。流体带走气泡，并通过软管将它们冲入加油站的罐中。为了使它们留在那里并且不会被泵回太阳能回路，软管必须绝对悬挂在液位上方。“流体从软管中流出时会被喷洒，因此它会与环境空气直接接触。它还释放出微气泡，”Rühling 解释道。如果软管浸入流体表面以下，这将不起作用。

太阳能热系统中压力填充的限制

如果太阳系变大，经典的压力填充通常会达到极限。两个限制之一是填充点（通常是地下室）与太阳能热系统的最高点之间的高度差。在大约 20 m 的高度差处，它结束了。在典型的住宅建筑中，这对应于大约五层。这种差异在高点产生负压 - 流体蒸发，空气也可以从外部渗透。为了避免负压，您可以节流位于罐出口前面的球阀。然而，这正是在许多情况下使压力填充概念达到其第二个极限的原因：随着阻力的增加，泵不再设法使流体达到所需的流速。如果流速刚好不节流，也可以从高点进行加压灌装。对于易于行走的平屋顶，这在理论上是一种选择。然而，在许多情况下，由于实际原因，这是不可行的。

二回路加压灌装

如果要对较大的系统使用压力填充原理，则必须分工。如果计算出的整圈流速小于1米/秒但大于0.25米/秒，可选择双回路压力灌装。对于二回路压力充填，将太阳能回路分开，分两步充填储罐和集热器。两个局部圆的压力损失比整个圆低。因此，使用相同的泵可以获得更高的流速。但是，在每个节圆中，您必须达到每秒 1 米的流速。

“这对于带有集成热交换器的太阳能储罐特别有用，因为这些储罐通常比其他系统组件具有更大的管道横截面，”Rühling 说。此外，连续油管中存在低梯度。“十二点钟位置，气垫很容易卡住。”

将太阳能热系统的缓慢填充与冲洗相结合

压力填充的优点是空气向下冲洗 - 在这种情况下，您不需要屋顶上的通风口。压力填充的替代方法是太阳能热系统的缓慢填充。德累斯顿太阳能研究人员将它们推荐用于大型系统，在这些系统中，由于管道横截面和高度差异很大，填充泵只能达到每秒 0.1 米的流速。

然而，流体不能将空气从下降的管道中推下。相反，空气聚集在最高点。对于这种变体，屋顶上的通风口是不可避免的。Rühling 强调说：“在填充后安全地关闭这个呼吸机是非常重要的，否则在停滞的情况下会发生极端的太阳能流体损失。”

局部高处的气垫

在下一步中，您必须使用此填充变体在局部升高位置扣上气垫。如果您在计划时可以避免它们，那当然是最简单的。如果这是不可能的，则必须在实际填充后以高流速冲洗。由于在这种情况下落水管已经充满流体，静压在下降时会重新获得 - 在这里，与压力填充相比，相同的泵可用于实现更高的流速。单独冲洗局部高点也是有意义的。在大型太阳能热系统的情况下，德累斯顿太阳能研究人员还建议在真空脱气机的帮助下去除任何剩余的空气。

空气出来了吗？

在小型太阳能热系统中，如果正确进行压力填充，系统中残留的空气很少会出现问题。任何安装更大的太阳能热系统或只是想确保系统中某处仍有空气的人都可以使用德累斯顿工业大学开发的用于气泡控制的测量方法来做到这一点。该过程基于这样一个事实，即气泡可以被压缩，但太阳能流体不能。为此，您需要一个压力传感器、截止阀、灌装和排空设备以及一个量杯或秤。该程序在德累斯顿工业大学的出版物中有所描述。如果事实证明气泡占系统体积的 2% 以上，则应使用移动式真空脱气机消除它们。Rühling 认为在太阳能热系统中永久使用真空脱气机是多余的，甚至是危险的。“任何需要它的人都在压力维护的设计或维护方面犯了错误，”她说。