太陽能熱水器

太陽能熱水器

太陽能熱水器是將太陽光能轉化為熱能的加熱裝置,將水從低溫加熱到高溫,以滿足人們在生活、生產中的熱水使用。太陽能熱水器按結構形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器,主要以真空管式太陽能熱水器為主,占據國內95%的市場份額。真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱及支架等相關零配件組成,把太陽能轉換成熱能主要依靠真空集熱管,真空集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理,使水產生微循環而得到所需熱水。

基本介绍

  • 中文名:太陽能熱水器
  • 外文名:solar water heater
  • 隸屬:太陽能利用
  • 原理:太陽光能轉化為熱能
  • 能源屬性:清潔、可再生能源
  • 主要使用人群:普通居民
  • 主要品牌:天普、清華陽光、四季沐歌
我國的太陽能資源,太陽能的利用,材料核心,蓄熱材料,導熱材料,熱電材料,集熱材料,組成部件,集熱器,保溫水箱,支架,連線管道,控制部件,工作原理,吸熱過程,循環管路,使用過程,分類,特點,技術,標準,設計,工程,產品,政策,發展,套用方案,套用場景,解決方案,方案特點,日常維護,防止損壞,科學套用建議,

我國的太陽能資源

我國幅員廣大,有著十分豐富的太陽能資源,除了局部地區(如四川、貴州等地)不適合太陽能利用外,我國大部分地區都適合利用太陽能。據估算,每年中國陸地接收的太陽能輻射總量相當於 24000 億噸標準煤,年均輻射量約為 5900 兆焦耳/平方米。我國太陽能資源分布的主要特點有:太陽能的高值中心和低值中心都處在北緯 22°~35°這一帶,青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心。青藏高原平均海拔高度在 4000m 以上,大氣層稀薄而清潔,透明度好,緯度低,日照時間長。例如被人們稱為“日光城”的拉薩市,1961 年至 1970 年的平均值,年平均日照時間為 3005.7h,相對日照為 68%,太陽總輻射為 8160 MJ/m2·a,比全國其它省區和同緯度的地區都高。四川盆地雨多、霧多,晴天較少。 例如素有“霧都”之稱的成都市,年平均日照時數僅為 1152.2h,相對日照為 26%。太陽年輻射總量,西部地區高於東部地區,而且除西藏和新疆兩個自治區外,基本上是南部低於北部;由於南方多數地區雲霧雨多,在北緯 30°~40°地區,太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規律相反,太陽能不是隨著緯度的增加而減少,而是隨著緯度的增加而增長。“八五”期間,我國有關的研究將我國的太陽能資源劃分為五類地區(表1-3)。一、二、三類地區,年日照時數大於2000h,輻射總5000MJ/m2·a,我國幅員廣大,有著十分豐富的太陽能資源,除了局部地區(如四川、貴州等地)不適合太陽能利用外,我國大部分地區都適合利用太陽能。據估算,每年中國陸地接收的太陽能輻射總量相當於 24000 億噸標準煤,年均輻射量約為 5900 兆焦耳/平方米。我國太陽能資源分布的主要特點有:太陽能的高值中心和低值中心都處在北緯 22°~35°這一帶,青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心。青藏高原平均海拔高度在 4000m 以上,大氣層稀薄而清潔,透明度好,緯度低,日照時間長。例如被人們稱為“日光城”的拉薩市,1961 年至 1970 年的平均值,年平均日照時間為 3005.7h,相對日照為 68%,太陽總輻射為 816MJ/m2·a,比全國其它省區和同緯度的地區都高。四川盆地雨多、霧多,晴天較少。 例如素有“霧都”之稱的成都市,年平均日照時數僅為 1152.2h,相對日照為 26%。太陽年輻射總量,西部地區高於東部地區,而且除西藏和新疆兩個自治區外,基本上是南部低於北部;由於南方多數地區雲霧雨多,在北緯 30°~40°地區,太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規律相反,太陽能不是隨著緯度的增加而減少,而是隨著緯度的增加而增長。“八五”期間,我國有關的研究將我國的太陽能資源劃分為五類地區。一、二、三類地區,年日照時數大於2000h,輻射總量高於5000MJ/m2·a,是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區,面積較大,約占全國總面積的2/3以上,具有利用太陽能的良好條件。四、五類地區雖然太陽能資源條件較差,但仍有一定的利用價值。表1-4顯示了世界部分城市的年輻射總量。從以下兩表可見,即使我國太陽能資源較差的地區,年輻射總量也接近東京,高於倫敦、漢堡這些世界上太陽能利用較好的城市,由此可見,我國具有良好的利用太陽能的條件,應大力開發太陽能資源。
太陽能熱水器

太陽能的利用

太陽能(Solar Energy),一般是指太陽光的輻射能量,太陽能是一種可再生能源,廣義上的太陽能是地球
上許多能量的來源,如風能生物質能潮汐能、水的勢能等等。太陽能利用的基本方式可分為光—熱利用、光—電利用、光—化學利用、光—生物利用四類。在四類太陽能利用方式中,光—熱轉換的技術最成熟,產品也最多,成本相對較低。如:太陽能熱水器、開水器、乾燥器、太陽灶、太陽能溫室、太陽房、太陽能海水淡化裝置以及太陽能採暖和製冷器等。太陽能光熱發電比光伏發電的太陽能轉化效率較高,但套用還不普遍。在光熱轉換中,當前套用範圍最廣、技術最成熟、經濟性最好的是太陽能熱水器的套用。
光熱利用:它是將太陽輻射能收集起來,通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置,主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。太陽能發電:未來太陽能的大規模利用是用來發電。利用太陽能發電的方式主要有兩種:
①光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽,然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換,後一過程為熱—電轉換。
②光—電轉換。其基本原理是利用光生伏特效應將太陽輻射能直接轉換為電能,它的基本裝置是太陽能電池。
光化利用:這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。
光生物利用:通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻。
工作原理
陽光穿過吸熱管的第一層玻璃照到第二層玻璃的黑色吸熱層上,將太陽光能的熱量吸收,由於兩層玻璃之間是真空隔熱的,傳熱將大大減小(輻射傳熱仍然存在,但沒有了熱傳導和熱對流),絕大部分熱量只能傳給玻璃管裡面的水,使玻璃管內的水加熱,加熱的水便輕沿著玻璃管受熱面往上進入保溫儲水桶,桶內溫度相對較低的水沿著玻璃管背光面進入玻璃管補充,如此不斷循環,使保溫儲水桶內的水不斷加熱,從而達到熱水的目的。

材料核心

太陽能光熱轉換材料是最重要的太陽能材料。光熱利用領域的材料按用途可分為蓄熱材料、導熱材料、熱電材料、集熱材料等

蓄熱材料

蓄熱材料主要包括相變儲熱材料、顯熱儲熱材料等。利用相變材料的固-液或固-固相變潛熱來儲存熱能的潛熱蓄熱技術,因具有蓄熱密度大、儲熱過程近似等溫、過程易控制等優點而成為目前最具實際發展潛力、套用最多和最重要的蓄熱方式。許多物質作為潛在的相變儲熱材料(PCM)已經被研究過,但只有部分物質實現了工業化生產,其中製冷與低溫範圍的技術與產品相對比較成熟,很多已實現商品化。法國Cristopia、澳大利亞TEAP、日本三菱化學(Mitsubishichemical)、瑞典Climator、美國陶氏化學(Dow chemical)、德國Rubitherm GmbH與MerckKgaA等公司生產的PCM產品類型主要是鹽溶液、水合鹽、石蠟類和脂肪酸類,其熔點為- 33~ 110℃。典型的有機類相變材料有石蠟、脂酸類、高分子化合物等。顯熱儲能通過物質的溫度變化來儲存熱能,儲熱介質必須具有較大的比熱容。可作為儲熱介質的固態物質有岩石、砂、金屬、水泥和磚等,液態物質則包括水、導熱油以及融熔鹽。與液態儲熱材料相比,固態儲熱材料具有兩個特點:①更大的熱能儲存溫度範圍,可以從室溫至1000℃以上的高溫段;②不產生介質泄漏,對容器材料的要求低。這幾年主要研究的熱存儲材料有二醇二硬脂酸鹽(Diol-di-stearates)、十水合硫酸鈉(Na2SO4·10H2O)、聚乙二醇4,4二苯基甲烷二異氰酸鹽/季戊四醇共聚物(PEG/MDI/PE copolymer)、鋁鎂鋅合金(Al-34%Mg-6%Zn)、高密度聚乙烯/石蠟混合物等。

導熱材料

在太陽能熱利用方面,大多數分散的集熱器與蓄熱器之間的距離相對較遠,因此導熱系統仍是不可或缺的。導熱材料主要有導熱流材料和導熱流管道材料,另外蓄熱材料在液相或氣相狀態下也可作為導熱流材料。國際研究傾向於在蓄熱和導熱過程中採用相同的材料,以降低熱交換系統的複雜程度,從而達到降低系統成本的目的。未來的重點是新型熱傳導媒質的研發如離子流體,以及新型熱循環管道材料如金屬化塑膠管等。

熱電材料

熱電材料(又稱溫差電材料)是一種利用固體內部載流子的運動實現熱能和電能的直接相互轉化的功能材料,其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子或空穴激發特徵,當熱電材料兩端存在溫差時,材料兩端電子或空穴激發數量的差異將形成電勢差(電壓)。熱電材料主要分為半導體金屬合金型熱電材料、方鈷礦型熱電材料、金屬矽化物型熱電材料、氧化物型熱電材料4種。2007年日本在氧化物熱電材料的研究中走在世界前列。目前,已經商業套用的熱電材料有PbTe(工作溫度為230~ 530℃,主要用於發電)、Bi2Te3/Sb2Te(工作溫度為室溫~ 130℃,主要用於小規模發電以及製冷)、SiGe(工作溫度高於530℃,主要用於外太空發電)。

集熱材料

太陽主要以電磁輻射的形式給地球帶來光與熱。太陽輻射波長主要分布在0.25~ 2.5μm範圍內。從光熱效應來講,太陽光譜中的紅外波段直接產生熱效應,而絕大部分光不能直接產生熱量。我們感覺在強烈的陽光下的溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽光線,從而產生光熱轉換的緣故。從物理角度來講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉化為熱能。因此為了最大限度地實現太陽能的光熱轉換,似乎用黑色的塗層材料就可滿足了,但實際情況並非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長範圍在2~ 100μm之間,黑體輻射的強度分布只與溫度和波長有關,輻射強度的峰值對應的波長在10μm附近[3]。由此可見,太陽光譜的波長分布範圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實現最佳的太陽能熱轉換,所採用的材料必須滿足以下兩個條件:①在太陽光譜內吸收光執行緒度高,即有儘量高的吸收率α;②在熱輻射波長範圍內有儘可能低的輻射損失,即有儘可能低的發射率γ。一般來說,對同一波長而言,材料的吸收率和發射率有同樣的數值,即吸收率高則相應的發射率也高。但吸收率α與反射率γ及透射率t滿足如下關係:α+γ+ t= 1。對於不透明材料由於t= 0,則α+γ= 1。而對於黑色物體來說,γ= 0,則α= 1。根據以上討論可知,最有效的太陽能光熱轉換材料是在太陽光譜範圍內,即λ< 2.5μm,有α≈ 1(即γ≈ 0);而在λ> 2μm,即熱輻射波長範圍內,有ε= 0(即γ≈ 1或α≈ 0),一般將具備這一特性的塗層材料稱為選擇性吸收材料。如不完全滿足以上條件,在熱輻射波長範圍內ε值較大,儘管太陽光譜α≈ 1,仍有很大的熱輻射損失,這類材料通常稱為非選擇性塗層材料。所有選擇性吸收塗層的構造基本上分為兩個部分:紅外反射底層(銅、鋁等高紅外反射比金屬)和太陽光譜吸收層(金屬化合物或金屬複合材料)。吸收塗層在太陽光波峰值波長(0.5μm)附近產生強烈的吸收,在紅外波段則自由透過,並藉助於底層的高紅外反射特性構成選擇性塗層。在聚光方面,由於日光波長覆蓋範圍大,聚焦用的反射鏡或折射鏡的高反射率或高透射率波長應覆蓋300~ 2500nm,因而鏡面採用新型的納米塗層,從室內保溫塗層到太陽鏡上的防反塗層等,這些技術將集熱器的效率提高了近5%。從最近眾多的納米技術的研究成果來看,玻璃塗層將獲得更加長足的發展。預計塗層未來的研發方向主要有以下幾個方面:①超長的戶外壽命(抗風、防灰塵吸附等);②高太陽光反射率(反射波長覆蓋300~ 2500nm);③良好的抗機械應力特性,以適應對反射鏡面的定期清洗;④耐腐蝕性(< 0.15%,與鍍銀鏡面耐腐蝕性相當)。在吸熱方面,太陽能一次吸熱(指直接從陽光獲取熱能)材料主要有金屬、塑膠、玻璃等,但實際使用的幾乎全是金屬。按吸熱板芯材料劃分有鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁複合、不鏽鋼、塑膠、溴化鋰、氯化鋰、硫化鈉、矽膠、水等,國內外使用得比較普遍的是全銅集熱器和銅鋁複合集熱器。

組成部件

集熱器

系統中的集熱元件。其功能相當於電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是,太陽能集熱器利用的是太陽的輻射熱量,故而加熱時間只能在太陽照射度達到一定值的時候。
目前中國市場上最常見的是全玻璃太陽能真空集熱管。結構分為外管、內管,在內管外壁鍍有選擇性吸收塗層。平板集熱器的集熱面板上鍍有黑鉻等吸熱膜,金屬管焊接在集熱板上,平板集熱器較真空管集熱器成本稍高,近幾年平板集熱器呈現上升趨勢,尤其在高層住宅的陽台式太陽能熱水器方面有獨特優勢。全玻璃太陽能集熱真空管一般為高硼矽3.3特硬玻璃製造,選擇性吸熱膜採用真空濺射選擇性鍍膜工藝。

保溫水箱

儲存熱水的容器。通過集熱管採集的熱水必須通過保溫水箱儲存,防止熱量損失。太陽能熱水器的容量是指熱水器中可以使用的水容量,不包括真空管中不能使用的容量。對承壓式太陽能熱水器,其容量指可發生熱交換的介質容量。
太陽能熱水器保溫水箱由內膽、保溫層、水箱外殼三部分組成。
水箱內膽是儲存熱水的重要部分,其用材料強度和耐腐蝕性至關重要。市場上有不鏽鋼、搪瓷等材質。保溫層保溫材料的好壞直接關係著保溫效果,在寒冷季節尤其重要。較好的保溫方式是聚氨脂整體發泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不鏽鋼板。
保溫水箱要求保溫效果好,耐腐蝕,水質清潔。

支架

支撐集熱器與保溫水箱的架子。要求結構牢固,穩定性高,抗風雪,耐老化,不生鏽。材質一般為不鏽鋼、鋁合金或鋼材噴塑。

連線管道

太陽能熱水器是將冷水先進入蓄熱水箱,然後通過集熱器將熱量輸送到保溫水箱。蓄熱水箱與室內冷、熱水管路相連,使整套系統形成一個閉合的環路。設計合理、連線正確的太陽能管道對太陽能系統是否能達到最佳工作狀態至關重要。太陽能管道必須做保溫處理,北方寒冷地區需要在管道外壁鋪設伴熱帶,以保證用戶在寒冷冬季也能用上太陽能熱水。

控制部件

一般家用太陽能熱水器需要自動或半自動運行,控制系統是不可少的,常用的控制器是自動上水、水滿斷水並顯示水溫和水位,帶電輔助加熱的太陽能熱水器還有漏電保護、防乾燒等功能。市場上有手機簡訊控制的智慧型化太陽能熱水器,具有水溫水位查詢、故障報警、啟動上水、關閉上水、啟動電加熱等功能,方便了用戶。

工作原理

太陽能熱水器把太陽光能轉化為熱能,將水從低溫度加熱到高溫度,以滿足人們在生活、生產中的熱水使用。太陽能熱水器按結構形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器,真空管式太陽能熱水器為主,占據國內95%的市場份額。真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱及支架等相關附屬檔案組成,把太陽能轉換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理,使水產生微循環而達到所需熱水。
集熱原理集熱原理

吸熱過程

真空管式熱水器的吸熱時,太陽輻射透過真空管的外管,被集熱鍍膜吸收後沿內管壁傳遞到管內的水。管內的水吸熱後溫度升高,比重減小而上升,形成一個向上的動力,構成一個熱虹吸系統。隨著熱水的不斷上移並儲存在儲水箱上部,同時溫度較低的水沿管的另一側不斷補充如此循環往復,最終整箱水都升高至一定的溫度。
平板式熱水器,一般為分體式熱水器,介質則在集熱板內因熱虹吸自然循環,將太陽輻射在集熱板的熱量及時傳送到水箱內,水箱內通過熱交換(夾套或盤管)將熱量傳送給冷水。介質也可通過泵循環實現熱量傳遞。

循環管路

家用太陽能熱水器通常按自然循環方式工作,沒有外在的動力。真空管式太陽能熱水器為直插式結構,熱水通過重力作用提供動力。平板式太陽能熱水器通過自來水的壓力(稱為頂水)提供動力。而太陽能集中供熱系統均採用泵循環。由於太陽能熱水器集熱面積不大,考慮到熱能損失,一般不採用管道循環。

使用過程

平板式太陽能熱水器為頂水方式工作,真空管太陽能熱水器也可實行頂水工作的方式,水箱內可以採用夾套或盤管方式。頂水工作的優點是供水壓力為自來水壓力,比自然重力式壓力大,尤其是安裝高度不高時,其特點是使用過程中水溫先高后低,容易掌握,使用者容易適應,但是要求自來水保持供水能力。頂水工作方式的太陽能熱水器比重力式熱水器成本大,價格高。
1. 溫差控制集熱循環
太陽能熱水地暖系統中有集熱器溫測器和水溫感應器,集熱系統吸收太陽能輻射後,集熱管溫度上升,當集熱器溫度和水箱溫度水溫差△t設定值時,檢測系統發出指令,循環泵將中央熱水器中的冷水輸入集熱器中,水被加熱後再回到水箱中,使水箱內的水達到設定的溫度。
2. 地暖管道循環系統
增加一台熱水循環泵,通過控制器控制地暖管道循環。當水溫達到設定溫度時,自動啟動地暖循環泵,使高溫水通過地暖盤管在室內循環,從而使室內溫度不斷提高。當水箱水溫低於某一設定值時,自動停止地暖管道循環泵。

分類

就其結構來說,大體可分為以下幾類:
1. 從集熱部分來分:
1)玻璃真空管太陽能熱水器
太陽能太陽能
可細分為全玻璃真空管式、熱管真空管式、U型管真空管式/真空管集熱、儲熱一體化悶曬式。常用的為全玻璃真空管式,其優點:安全、節能、環保、經濟。尤其是帶輔助電加熱功能的太陽能熱水器,它以太陽能為主,電能為輔的能源利用方式使太陽能熱水器全年全天候正常運行,環境溫度低時效率仍然比較高。其缺點在於體積比較龐大、玻璃管易碎、管中容易集結水垢、不能承壓運行。
2)平板型太陽能熱水器
平板型太陽能熱水器 可分為管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圓管式和熱管式。其優點:具有整體性好、壽命長、故障少、安全隱患低、能承壓運行,安全可靠,吸熱體面積大,易於與建築相結合,耐無水空曬性強等優點,其熱性能也很穩定。其缺點由於蓋板內為非真空,保溫性能差,故環境溫度較低時集熱性能較差,採用輔助加熱時相對耗電。環境溫度低或要求出水溫度高時熱效率較低。如凍壞需更換整個集熱板,適合冬天不結凍的南方地區選用。
熱水器展覽會熱水器展覽會
3)陶瓷中空平板型太陽能熱水器
陶瓷太陽能板是以普通陶瓷為基體,立體網狀釩鈦黑瓷為表面層的中空薄壁扁盒式太陽能集熱體。陶瓷太陽能板整體為瓷質材料,不透水、不滲水、強度高、剛性好,不腐蝕、不老化、不退色,無毒、無害、無放射性,陽光吸收率不會衰減,具有長期較高的光熱轉換效率。經國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心檢測,陶瓷太陽能板的陽光吸收比為0.95,混凝土結構陶瓷太陽能房頂的日得熱量為8.6MJ,遠高於國家標準。陶瓷太陽能板製造、使用成本低,陽光吸收比不衰減,與建築同壽命,可以用於與原房頂共用結構層、保溫層、防水層、結構簡單、保溫隔熱效果好於原房頂、與建築一體化的混凝土結構陶瓷太陽能房頂、向陽牆面、陽台護欄面,為建築提供熱水、取暖、空調;為工農業、養殖業提供熱能;可用於荒漠大規模太陽能熱水發電、風道發電、海水淡化、苦鹹水淡化、變沙漠為農田。
太陽能熱水器
2. 從結構來分類:
1)緊湊式太陽能熱水器:就是將真空玻璃管直接插入水箱中,利用加熱水的循環,使得水箱中的水溫升高,這是市場最常規的太陽能熱水器。
2)分體式熱水器:分體式熱水器是將集熱器與水箱分開,可大大增加太陽能熱水器容量,不採用落水式工作方式,擴大了使用範圍。
3. 從水箱受壓來分:
1)承壓式太陽能熱水器:太陽能熱水器的出水是有壓力的。一般為頂水式工作,不一定採用承壓式水箱。
2)非承壓式太陽能熱水器:普通太陽能熱水器都是屬於非承壓式熱水器,它的水箱有一根管子與大氣相通,是利用屋頂和家裡的高度落差,使用水時產生壓力。其安全性,成本,使用壽命都比承壓式要顯著得多。

特點

高科技產品,銅鋁陽極化複合板芯或全紫銅板芯,表面處理工藝高,傳熱性能好,吸熱能力強,產水量大。
系統保溫性能好,蓄熱能量大,保溫水箱有蓄水功能,可滿足大批量人員集中使用熱水,亦可作停水時應急水源之用。
太陽能熱水器系統全自動靜態運行,無需專人看管、無噪音、無污染、無漏電、失火、中毒等危險,安全可靠,環保節能利國利民。
具有排污淨化功能 ,水源潔淨無污染。
真空管式太陽能熱水器保溫性能好,抗凍能力強。
大面積安裝對樓面有隔熱作用

技術

太陽能熱水器理論上是一次投資,使用不花錢。實際上不可能。
原因是無論任何地方,每年都有陰雲雨雪天氣以及冬季日照不足天氣。在此氣候下主要靠電加熱制熱水(也有一些產品是靠燃氣加熱),每年平均有25%~50%以上的熱水需要完全靠電加熱(地區之間不盡相同,陰天多的地區實際耗電量還要大。上海地區近三年的統計數據表明,平均每年陰雨天高達67%,滿負荷利用太陽能熱水器其70%的熱能來自電或者燃氣)。這樣一來太陽能熱水器實際耗電量比熱泵熱水器大。此外,敷設在太陽能熱水器室外管路上的“電熱防凍帶(只在北方地區有)”,也要消耗大量電能。除此以外,太陽能熱水器在結構上還存在多種難以解決的技術缺陷。
1. 熱水管路長達十幾米,每次使用都要浪費很多水。以典型的Φ12毫米水管計算,每1米長度存水為0.113公斤。若太陽能熱水管長度平均為15米,則每次使用都要浪費大約1.7公斤水。若平均每天使用6次,則每天浪費10.2公斤水;每月浪費360公斤水;每年浪費4320公斤水;十年浪費43200公斤水!以浪費水為代價節省一些電,恐怕無論是政府還是老百姓若知道這些都不會認可。中國的660多個城市中,一半以上城市不同程度缺水,其中嚴重缺水的有111個,每年因缺水影響工業產值就達到2000多億元。
2. 需要一整天的日照才能把水曬熱,天氣好的時候也只能保證晚上有熱水,白天和夜間很少有熱水可用。不能保證使用者24小時熱水供應,舒適性差。
3. 太陽能熱水器的採光板必須安裝在屋頂上,既龐大笨重,又影響建築美觀(越是高檔住宅區越明顯),還容易損壞屋頂防水層。
4. 光電互補,實際上沒法恰當的實現。市場90%的太陽能熱水器存在著難以克服的頑症:冬天水溫達不到,或者只能產生少量熱水;這些產品只能在夏秋季陽光充足的時候用,冬季日照弱時根本不能用,或者產生的熱水太少,不好用,客戶經常投訴;其實,真正的太陽能熱水器必須是一年四季都能用的。熱水使用量比較大的時間是集中在冬天,而冬天的集熱效果又不能滿足使用要求,基本上受氣候條件的限制,擺脫不了普通太陽能熱水器“靠天吃飯”的局限,很難保證冬天照樣有充足的熱水。很多太陽能經銷商為彌補熱水產量不足,需要增加電輔助或者油鍋爐,但是這樣形成雙重投資,增加客戶的經濟負擔。消費者實際使用時候因此會白白浪費很多電能,並進一步減少使用的舒適度。太陽能熱水器為了在日照不足天氣也能有熱水,基本都採用了所謂的“光電互補”技術,也就是在太陽能熱水器上再增加一個電加熱器。理論上說,只要熱水不足就可以“讓”該電熱管加熱。這聽起來很美。實際上由於消費者使用熱水模式很複雜,一年365天日照情況也不是固定。所以根本沒辦法恰當的解決“何時啟動電加熱最合適”。採用溫度控制、時間控制實際上都不行(因為日照充足天氣剛注的自來水溫度也低於設定溫度,若單純採用溫度控制,那么會在不需要電加熱時候也通電)。使得這個初看上去簡單的“電加熱控制”問題沒有任何太陽能廠家完善的解決——百分之百的太陽能廠家都算在內。
5. 還有一條嚴重缺點就是現在市場99%以上都是非常落後的“非承壓式”(包括太陽能熱水器領域幾個強勢品牌,銷售的全部都是這種非承壓式),俗稱“落水式”。其進水、出水只有一根水管,使用非常不方便,根本就談不上舒適。

標準

設計

《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規範》 GB/T 18713—2002
《太陽能熱水器選用與安裝》06J908―6

工程

《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規範》GB/T 18713—2002
《家用太陽熱水系統安裝、運行維護技術規範》NY/T 651—2002
《太陽能家用熱水系統的現場檢查和操作驗證》ASTM E 1160—1987
《一家和兩家住房用太陽能家用熱水設備的安裝和維護》ASTM E 1056—1985

產品

《太陽能集熱器熱性能試驗方法》GB/T 4271—2007
《平板型太陽能集熱器》GB/T 6424—2007
《太陽能熱利用術語》GB/T 12936—2007
《工作直接日射表的校準方法》GB/T 14890—1994
《被動式太陽房熱工技術條件和測試方法》GB/T 15405—2006
《全玻璃真空太陽集熱管》GB/T 17049—2005
《真空管型太陽能集熱器》GB/T 17581—2007

政策

2010年10月國務院發布了《國務院關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》(國發[2010]32號),把加快太陽能熱利用技術推廣套用,作為新能源產業的發展重點,巨觀政策和消費趨勢為太陽能熱利用行業的發展創造了良好的巨觀環境和市場條件。
建築能耗占社會總能耗是三分之一,是節能減排的重點領域,為此建設部於2005年4月15日發出了《關於新建居住建築嚴格執行節能設計標準的通知》強調建築節能設計規範,從源頭控制建築能耗。從2006年1月1日起施行的建設部《民用建築節能管理規定》,將建築節能標準從節能50%提高到75%。2007年4月,國家發改委下發了《推進全國太陽能熱利用工作實施方案》,其中明確提出中國即將制定太陽能熱水器的強制安裝政策。2007年5月18日國家發展改革委、建設部聯合發出《關於加快太陽能熱水系統推廣套用工作的通知》(發改能源[2007]1031號)提出“有條件的醫院、學校、飯店、游泳池、公共浴室等熱水消耗大戶,要優先採用太陽能集中熱水系統;新建建築在設計時,要預設按照太陽能熱水系統的位置和管道等構件,儘可能按照太陽能熱水系統;對於既有建築,如具備條件也要支持按照太陽能熱水系統;政府機構的建築和政府投資建設的建築要帶頭使用太陽能熱水系統;在有條件的農村地區也要積極推廣太陽能熱水系統及太陽灶等其它經濟實用的太陽能熱利用技術,把推廣套用太陽能熱利用技術作為社會主義新農村建設的重要措施予以重視。” 據不完全統計,全國有二十個省市區和八十多座城市紛紛出台規定,要求新建12層及以下住宅,以及新建、改建和擴建的賓館、酒店、商住樓等有熱水需求的公共建築,具備條件的應統一設計、安裝太陽能熱水系統。城鎮區域內12層以上新建住宅建築套用太陽能熱水系統的,必須進行統一設計、安裝。有些省市如山東、北京等對集中安裝太陽能熱水系統還直接給予資金補貼。這些舉措大大地推動了區域市場的發展。
另外,財政部、建設部、科技部、商務部、各省市都出台相應政策,設立專項資金支持太陽能熱利用發展項目。財政部設立可再生能源發展專項資金(《可再生能源發展專項資金管理辦法》財建[2006]237號)支持包括太陽能等可再生能源的發展項目。根據《可再生能源建築套用城市示範實施方案》(財建[2009]305號),對納入示範的城市,中央財政將予以專項補助。根據《加快推進農村地區可再生能源建築套用的實施方案》(財建[2009]306號),每省選定4個縣不小於30萬m2太陽能熱水器進行補助,太陽能熱利用示範市、示範縣、太陽能集熱示範工程、太陽能熱水器示範村紛紛亮相。2009年商務部財政部還將太陽能熱水器納入家電下鄉範疇,讓農村居民享受13%的財政補貼。

發展

目前我國是全球太陽能熱水器生產量和使用量最大的國家。2011年我國太陽能熱水器產量約為5800萬平米,預計到2015年產量達1.2億平方米,約2300億元的市場規模。
龐大的市場容量為整個產業的發展提供了邏輯支撐,但中國太陽能熱水器行業卻存在著市場主體參差不齊、行業技術標準不完善、企業技術研發實力弱等諸多問題,這成為中國太陽能家電行業發展過程中的不確定性因素。
中國太陽能熱水器的年生產量是歐洲的2倍,北美的4倍,現已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國和最大的太陽能熱水器市場。中國的太陽能熱水器市場經過幾年的培育,已經步入快速發展期。2009年太陽能熱水器“下鄉”,標誌著太陽能熱水器得到國家認可,中國太陽能熱水器行業已邁入新的時代。未來5-10年中國太陽能熱水器市場保有量仍將保持20%以上的增長率。
伴隨著行業的發展,太陽能熱水器行業的競爭不斷加劇,國內優秀的太陽能熱水器生產企業越來越重視對行業市場的研究,特別是對行業發展環境和產品消費者的深入研究。也正因為如此,一大批國內優秀的太陽能熱水器品牌迅速崛起,逐漸成為中國乃至世界太陽能熱水器行業中的翹楚!

套用方案

套用場景

隨著傳統能源成本的不斷上升及環境的持續惡化,太陽能熱水工程解決方案越來越多地被套用於居民住宅、別墅、酒店、旅遊風景區、科技園區、醫院、學校、工業廠區、農業種植養殖區等眾多領域,針對不同領域熱水使用情況進行合理設計與配置,達到能源的綜合利用,降低成本投入。

解決方案

太陽能熱水工程主要由太陽能集熱器、儲熱系統、控制系統、換熱系統、輔助能源系統、保溫材料、管路系統及配件等部分組成。太陽能集熱器吸取太陽的熱量,加熱管道中的水,加熱後的水靠循環泵通過管路輸送至儲熱裝置,通過整體能源系統的設計可為鍋爐、熱泵等提供基礎熱水,通過管路輸送至各熱點使用。
系統組成:
太陽能集熱器:
1.適合安裝在屋頂及其他可固定安裝位置(鋼結構支架上等)安裝;
2.集熱器美觀大氣,可任意角度安裝,維護方便;
3.集熱器型號多樣,可滿足任何空間安裝,客戶選擇多樣化。
儲熱系統:
1.專利工程水箱,防腐性能強,水嘴設計規範合理,連線管路方便;
2.保溫層為聚氨酯發泡一次成型,發泡均勻,保溫效果好;
3.型號齊全,可滿足用戶80噸以下熱水需求;
4.可滿足400平米以下建築單戶採暖需求。
換熱系統:
1.選用高效高質量換熱器,換熱效果好;
2.採用換熱系統,系統水質好;
3.設計獨立換熱系統可滿足用戶多種多樣用熱點水質、水壓和水量的需求。
控制系統:
1.採用PLC程式模組控制,多點控制,精度高,性能穩定;
2.控制界面人性化,模組清晰,操作方便。
輔助能源系統:
1.多種輔助熱源可供選擇,電輔助、燃氣輔助、燃煤鍋爐輔助、燃油鍋爐輔助、熱泵輔助都可以根據用戶特點選擇;
2.系統得熱量多,熱損失小。
保溫材料:
1.採用聚苯乙烯泡沫材料,保溫好,散熱小;
2.保溫外敷鋁箔,美觀,防輻射散熱。
管路系統及配件:
1.管路選用標準PVC管材,經濟合理;
2.配件標準設計,防鏽防腐蝕。

方案特點

熱水效果保證:全年全天24小時充足水量供應,即開即熱;
熱水品質保證:壓力恆定,水溫穩定,水質乾淨;
系統集成設計:系統整體考慮,搭配輔助熱源,專業軟體分析,系統高效可靠,人性化設計;
系統質量保證:對集熱器、水箱、循環泵、管路等各個環節給予全面保障,確保系統安全穩定運行20年以上;
系統智慧型控制:全數據顯示、智慧型化控制、分戶計量、信息準確。

日常維護

1.安裝太陽能熱水器時,輸水管內可能沾有塵埃或油味,首次使用時可打開水龍頭先排除雜物。
2.太陽能熱水器內的存水,應根據當地的水質狀況作定期的排放,排水時間可選於早上集熱器較低溫時。
3.太陽能熱水器表面,依地區落塵量而作定期的擦試,下雨時能起到自行清洗,保持熱水器的表面清潔可得到較高的集熱效率。
太陽能熱水器
4.連續晴天多日不使用熱水時,其熱水溫度很高,在使用太陽能熱水器時請先開冷水,後開熱水,以免燙傷。
5.水龍頭出口端一般都有濾網裝置,水管內的水垢雜物會聚集於此網,應定期自行拆下清洗,可加大水量流出順暢。
6.冬季,管道被凍住是很常見的事,如發現管道內已結冰但管道尚未開裂,氣溫回升後一般即可自動疏通。也可用電吹風烘吹,或拿毛巾裹住水管,然後用溫水慢慢澆淋,切不可用火烘烤、敲擊管道或用開水急燙,那樣會使管道爆裂。多次凍堵容易使管道凍裂,因此需要因此加強管道保溫措施。
7.太陽能熱水器平均每二年到三年就需要進行清洗、檢查、消毒,用戶平時也可以自己動手做一些消毒工作,如可買些含氯的消毒藥劑往進水口中倒進去,讓其浸泡一段時間,再放出,能起到一定的消毒殺菌效果。
8.太陽能熱水器平均二年到三年需對真空管內部進行清理,防止真空管內部結水垢影響吸熱效果。
9.如太陽能熱水器配置專用儀表需注意防雷防電,打雷時切勿洗澡並拔掉電加熱插頭。

防止損壞

市場上絕大部分電熱管只配備有簡單的溫控器,不具備真正系統防乾燒的功能。同時,太陽能熱水器大部分安裝在室外房頂上,這種管理上的粗放和管理人員技術的差異,再加上某些電熱管生產廠家對其產品“能防乾燒”的誤導,造成了太陽能熱水器從安裝上電熱管開始,就存在了嚴重的事故隱患。 如何解決電熱管“乾燒”這個問題呢?除了選擇可靠的供應商之外還應該在冬季對太陽能用的不多的情況下,也應該往太陽能熱水器水箱上上水,據數據顯示,水箱沒有水,太陽能真空管處於空曬的情況下,管內溫度能達到2500C左右,很容易炸管。冬季管子都裸露在外面,天氣很冷的情況下,管子裡面結冰上不了水,這樣問題的解決只需要在水箱管或太陽能管包裹一層厚海綿,能有效的防止水上不上去導致空管而炸管。
其次,要查看漏電保護裝置工作是否完好,這個也很重要。另外在有條件的情況下要隔一段時間清洗水箱。總而言之,不管是太陽能熱水器用電熱管還是其它液體用電熱管均不可脫離液體乾燒,否者必將使得電熱管內部溫度過高而使得電熱管燒壞,導致安全隱患。

科學套用建議

(1) 受太陽能資源、氣溫等自然因素影響,中國不同地區戶用太陽能熱水器熱水供應成本差異很大。太陽能
資源豐富的西北、華北地區成本低,資源貧乏的西南地區成本最高。在推廣太陽能熱水器過程中,應當因地制宜地制定太陽能熱水器推廣政策,避免全國“一刀切”。
(2) 太陽能熱水器熱水供應成本相對於風電、生物質能發電、光伏發電具有明顯優勢。現階段,太陽能熱水器應得到重視和大規模推廣套用,在實現可再生能源發展目標中發揮重要作用。
(3) 太陽能熱水器相對於電熱水器具有成本優勢。但由於初始投資高,貼現率、生活電價、收入等因素對理性消費者的購買行為具有重要影響,消費者對未來成本收益預期的確定性、以及合理的生活用電價格機制對太陽能熱水器的套用有較大促進作用。太陽能熱水器推廣方面,農村居民收入水平低是重要制約因素。提高農民收入、適當的經濟政策對農村太陽能熱水器推廣十分重要。除此之外,在技術層面,應當積極推進太陽能熱水器與電力等傳統熱源的結合,更大限度滿足居民熱水需求。

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