分体式太阳能热水系统优化设计思路
来源：全球节能环保网
随着人民生活水平的日益提高，大中城市居民对家庭卫生热水的需求越来越高，尤其是新购买住宅，几乎无一例外要安装生活热水设备。房地产开发商为提升绿色生态住宅的品位和档次，也努力让自己的住宅产品附带热水设备。太阳能热水系统以节能与环保的突出特点越来越受欢迎，小型分体式太阳能热水系统如雨后春笋般出现在别墅、高层住宅阳台等地方。本文以太阳能与电辅助加热系统为例，谈一下分体式太阳能热水系统的设计思路及体会。
1国内分体式太阳能热水系统常见设计形式
对于别墅、高层住宅等使用的太阳能热水系统，目前国内的分体式太阳能热水系统均采用分体承压二次回路的加热方式。这种加热方式具有稳定、可靠、方便等优点。分体承压二次回路系统有很多种类型，且各有优缺点，因此需根据别墅、高层住宅的热水供应特点科学选择。现列举几种常见的太阳能与电加热相结合的分体承压二次回路太阳能系统，并分别进行分析。
1.1太阳能与电加热结合形式一——水箱上部单电加热、水箱内置盘管gesep.com换热
如图1，太阳集热器——水箱下部的换热盘管——循环管路——循环水泵等构成了一个循环回路。当太阳集热器吸收太阳光后，太阳集热器内的传热介质被加热升温；传热介质通过循环水泵的作用流动到水箱下部的换热盘管内，从而将水箱下部的水加热；水箱下部的水温度升高后，自动上升到水箱上部，而水箱上部的冷水自动下沉到水箱下部。如此循环不断，经过将近一天的工作，太阳能逐步将水箱内的水全部加热。当太阳能不足且水箱上部的水温低于设定的温度时，位于上部的电加热装置自动启动，将水箱上部的水加热到需要的温度。为了实现全天24小时热水，水箱上部的电加热装置通常处于值班状态。当水箱上部水温低于设定的温度时，电加热装置自动启动，直到水箱上部水温达到设定的温度后才自动停止。
通过上述分析可以看出，该系统比较简单，成本相对较低，但仍存在两个弊病：
第一，当连续阴雨天时，由于没有太阳能加热，只有水箱上部有热水，而下部为凉水。用户在晚上或早上集中大量地使用热水时，就存在热水供应不足的问题。当没有热水时，必须等待很长的时间才能将水加热（假定电加热功率为2kW，把80kg水从15℃加热到45℃需要加热1.5小时左右）。这对用户来说显然是不方便的。
第二，为了提高换热能力，换热盘管多采用铜管。但目前水箱的内胆材料多为钢板外涂高温搪瓷，由于搪瓷表面局部存在微孔，因此“铜－铁－水”之间就有可能形成电化学腐蚀。铁为阳极，铜为阴极。由于很大的铜（阴）极对局部很小的铁（阳）极，因此可能会造成水箱局部穿孔漏水。
1.2太阳能与电加热结合形式二——水箱上下部双电加热、水箱内置盘管换热
图2与图1的区别在于图2的水箱上下部各有一个电加热装置。太阳能系统智能控制器会根据水箱下部水温和当天的时间，自动判定是否启动下部电加热装置，从而确保在下午设定的时间水箱下部温度达到标准，避免了图1存在的阴雨天热水不足的问题，但是仍存在因电化学腐蚀造成穿孔的隐患。与图1相比，图2在水箱内增加了一个电加热装置，且需要智能控制，因此图2比图1系统的成本要高。
1.3太阳能与电加热结合形式三——水箱上下部双电加热、水箱外置换热器换热图3与图2的区别是，图3的系统水箱内没有换热盘管，而在水箱外部增设了一个换热器。图3系统的优点在于避免了图1与图2系统的弊病，不存在热水不足和电化学腐蚀穿孔问题，而且不需要特制太阳能专www.gesep.com节能环保用水箱，选用带上下电加热的普通电热水器承压水箱即可。图3系统的不足在于：由于需配备外置换热器，并比图1、图2系统多一台循环水泵，因此系统成本最高，而且外置换热器需要占用一定的空间，还增加了系统用电量，系统的效率也大大降低了。
为了解决上述分体式太阳能热水系统的缺陷与不足，谱尔新能源科技有限公司探索了对该系统的技术优化设计，图4是优化设计的原理示意图。
优化设计后，别墅太阳能系统具有以下突出优点：
1）水箱采用双电加热，能保证阴雨天热水的充足供应
太阳能本身存在不确定性、不稳定性等缺点。在连续多日阴雨天的时候，太阳能产生的热水量将不能满足使用需，因此需要采用辅助加热系统。
对于分体承压太阳能热水系统，如果采用燃油或燃气作为辅助能源，由于其单位时间产生的热量大，可以瞬时产生出足够的热水，能满足使用需要。但对于采用电辅助加热的太阳能热水系统来说，由于电加热的功率不可能太大，不能瞬时产生出足够的热水量，因此在水箱的上、下部分别设置了电辅助加热装置。水箱上部的电加热装置永远处于值班状态，当水箱上部的水温低于设定值时，上部电加热装置自动启动；当水箱上部的水温达到设定值时，上部电加热自动停止，这样就保证了全天24小时供热水。而水箱下部的电加热则由系统的智能控制器自动判定是否需要启动或停止电加热。
2）充分体现了优先利用太阳能的思想
该系统配置的控制器在每天的不同时段定时检测水箱下部温度，在某一时间段内（如上午10：00～11：00）温度达不到设定温度，说明太阳能不足或用水量过度，将自动启动下部电加热，使其达到设定温度，然后自动停止。这样，水箱下部的水温在规定的时间内（如下午6：00用水高峰期内）可以达到最终需要的温度（此温度可在控制器上任意设定）。该系统充分体现了优先利用太阳能的设计思想。
3）采用水晶内胆承压水箱解决了腐蚀漏水、结垢等问题
目前，承压水箱内胆主要由两种材料制作，一种是不锈钢板焊接，另一种是钢板焊接后做搪瓷处理。不锈钢板经高温焊接后，存在晶间腐蚀问题，尤其是在承压状态下，晶间腐蚀的速度比常压状态下要快得多。因此，目前多采用搪瓷水箱。
搪瓷内胆电热水器经过多年的实际使用，证明是可靠的。但如果在搪瓷水箱内加入铜换热盘管，由于铁的性质比铜活跃，铁与铜在水中就有可能形成电化学反应，铁是阳极，铜是阴极。铁会失去电子逐渐被消耗掉。因此，水箱内胆没有被搪瓷覆盖的地方就有可能被击穿漏水。从目前国内各厂家实际使用搪瓷www.gesep.com环保水箱的情况看，上述电化学腐蚀已经发生，并造成了水箱漏水的问题。
鉴于承压水箱属于贵重物品，一旦漏水必须更换，由此带来的经济损失太大，影响也很坏。这样很可能让房地产开发商或用户对使用太阳能热水系统失去信心。
谱尔新能源科技有限公司经过多轮技术研讨，采用最新工艺钢晶一体化，确保了水晶层与承压体的无缝结合。水晶内胆水箱使内胆的承压、防腐、防漏功能分别得到完美的解决。
综合测试的结果表明，水晶内胆的预期寿命在20年以上，从而使热水器的寿命较其它类型的内胆得到提升和飞跃。而且，水晶层是热的不良导体，厚度4mm水晶层效果相当于保温层，再加上1mm～2mm的承压层使产品的保温层均匀增4mm～6mm，大幅提高了保温效果，解决了普通水箱保温性能不佳的问题，水晶层延伸到所有的内表面，巧妙地解决了进出水口及焊缝处易漏水的隐患。
此外，水晶内胆的防垢效果出众，目前是其他水箱不能相比的。
4）太阳能直接加热，提高了系统效率，产热水温度更高
该系统还大胆采用直接加热方式，实际证明这种加热方式大大提高了系统效率。实测结果表明：相同条件下，直接加热系统比间接加热系统的出水温度提高3～5℃。
该分体式太阳能热水系统已在杭州余杭金都雅www.gesep.com新能源苑安装运行了两年多时间，得到了金都房地产开发公司的认可。图5为该系统安装后的实景图。
为了避免洗浴时放掉过多冷水（即水不热的问题），供热水管路还可以设计成循环系统。当热水管道温度低于洗浴要求温度时，智能控制器自动打开热水循环泵，强制管道内的水循环流动，保证管道温度始终达到洗浴要求温度。
1）太阳能热水系统设计应体现优先并充分利用太阳能的原则，真正减少常规能源的消耗，并保证热水供应的可靠性。
2）太阳能热水系统的布局与摆放方式应设计合理，以解决太阳能系统的布局与建筑物相结合的问题，并考虑节点的处理问题。
3）太阳能热水系统设计应与建筑工程设计同步进行，前期应为安装太阳能预留管线、预埋件等，以方便后期太阳能热水系统安装。
4）应实现太阳能设备与关键配件的标准化设计与生产，只有实现了标准化设计与生产才能保证分体式太阳能热水系统的质量。
4结语
分体式太阳能热水系统的优化设计方案已在杭州余杭金都雅苑房产中得到体现，经过两年多时间的运行，该系统证明是稳定、可靠的，满足了用户的要求，达到了设计目的。在此抛砖引玉，在这个技术交流平台上，希望与同行及各界朋友共同探讨适合别墅、高层住宅的分体式太阳能热水系统。
