平板太阳能热水器或将迎来新的发展机遇
阳极氧化涂层材料在几种常用材料中使用历史最长,一些资料对其热性能和耐候性的评价较低。但是,国内企业近年来在阳极氧化技术方面取得了突破,较好地解决了热性能和耐候性问题。业内企业对目前质量水平较好的阳极氧化涂层材料评价较为正面。从实际应用情况来看,国内一些太阳能热水工程项目已经投入使用10年,其阳极氧化涂层至今仍然保持了良好的性能。据了解,在日本市场,采用阳极氧化涂层的太阳能集热器的比重超过40%。
近年来,德国和日本企业均在向中国市场推销涂料型涂层。涂料型涂层的突出特点是具有良好的耐候性,能够耐受500小时以上的中性盐雾试验,同时具备良好的抗紫外线能力,可以满足正常条件下使用15年的要求。日本国内太阳能应用数据显示,经测试,从用户正常使用超过20年的太阳能集热器上拆卸下来的吸热体,主要技术指标基本保持不变。目前使用涂料型涂层最多的地区是日本,市场占有率约为40%。涂料型涂层的涂装工艺分为预涂型和后涂型。其中,采用后涂型吸热体的太阳能集热器具备以下特点:吸热板与流道之间采用超声波焊接工艺连接,传热性能好;采用吸热板与流道先焊接后涂装的工艺,避免了焊接过程损伤吸热体表面,吸热体表面得到充分利用;由于采用超低流量喷涂技术,吸热涂层均匀一致,保证了整个吸热表面热性能的一致性。而预涂型的整板生产工艺与使用蓝膜相同,整板生产企业可以节省涂装设备的投资。
不同涂层材料的吸收率比较接近,较高的为95%左右,最低的也可以达到92%;而发射率的差异较大,较高的达到20%,较低的仅为5%。太阳能热水器行业曾出现以发射率区分涂层优劣的提议。但是,有不同意见认为,在太阳能低温利用领域,例如生活热水供应,发射率对集热器效率的影响较小,而对于多数集热器生产企业和系统承包企业而言,较高的耐候性对于降低维修率意义重大。
据企业提供的数据,就用于制取生活热水的太阳能热水器而言,采用吸收率/发射率为95%/5%的蓝膜和采用吸收率/发射率为92%/20%的涂料膜,在整板其他设计和制造条件相同的情况下,热效率差异一般在2%以内,多数情况下差异约为1%。从实际应用效果来看,在北方地区冬季运行条件下,前者获得的热水温度比后者高5℃左右;而在北方地区其他季节或者在其他地区应用时,前者获得的热水温度比后者高2℃左右。整板设计和制造环节对集热器性能的影响远远大于涂层材料热性能差异的影响。
太阳能利用准则的变化
在中国的技术规范中,对于带辅助热源的太阳能热水系统,首要先进行太阳能单独加热的热性能试验,再进行太阳能与辅助热源联合运行的热性能试验。后者检测得到的太阳能加热部分单位面积的日有用得热量与前者检测得到的同一性能指标的比值是带辅助热源太阳能热水系统的联合运行热性能系数(CHP)。
根据相关标准要求,对于混合加热系统,应进行联合运行热性能系数CHP的检测,在满足标准试验条件下检测计算出的CHP应大于等于0.80。但是,若CHP≥0.80,就需要保证太阳能热水系统基本满足最大热负荷需求。但是,当太阳能热水系统按较小容量设计时,辅助热源的容量将大幅增加,CHP 指标很难达到这一要求。
事实上,近年来太阳能热利用技术发展的趋势之一,就是在供热系统中以较小容量的太阳能集热系统与较大容量的辅助热源配套。这种系统的技术经济性较优,虽然冬季辅助热源运行费用较高,但是夏季太阳能集热系统的过剩容量大大降低。
同时,一些应用场所的太阳能集热器安装面积有限,无法按照最大热负荷条件配备足够的太阳能集热器。据了解,国外太阳能集热器的容量最小只有 10%左右,小于50%的情况非常多。这类太阳能集热器容量较小的系统更受市场欢迎,也更有利于太阳能热水系统的推广应用。这种方案正逐渐成为太阳能热利用的主流方案。换言之,在全球范围内,符合CHP≥80%的系统并不常见,这与目前中国的情况有所不同,今后中国太阳能热利用方案也会朝着这个方向发展。对于规模较大的太阳能热水系统,这种方案更加合理。所以,若以CHP≥80%作为合格与否的判定要求,限制太阳能集热器容量较小的系统进入市场,未必有利于太阳能热利用市场的健康发展。
在太阳能热利用领域,通常以太阳能保证率来衡量太阳能利用水平。但是,对于高密度的建筑物,即使是处于太阳能资源丰富地区的12层以下多层住宅建筑物,受安装条件和相邻建筑物太阳阴影等条件制约,要求所有用户都能够配备太阳能保证率≥60%的太阳能热水系统,是无法实现的。这就面临两种选择,或是不安装太阳能热水器,或是降低太阳能保证率。以往要求低纬度地区设置在阳台栏板上的集热器和构成阳台栏板的集热器应有适当的倾角。但是,若要求在阳台护栏安装的集热器有一定的倾角,会使结构更加复杂,进而影响产品的安全性、可靠性,并增加了成本。事实上,安装时设置一定的倾角,在低纬度地区对太阳能集热器运行效率的改善作用非常有限。因此,降低太阳能保障率的指标要求,可以让太阳能热利用到广泛应用,对于在高密度住宅区推广太阳能十分有利。