我国家用平板太阳能热水器的研究与发展

1、我国家用平板太阳能热水器的研究与开展 我国家用平板太阳能热水器的研究与开展 摘要：我国太阳能资源十分丰富，其中三分之二以上的地区利用太阳能的条件都相当好。随着经济的开展和人们生活水平的提高，推进生态文明建设是中国今后几年经济社会开展的根本目标之一，可再生能源利用作为生态文明建设的重要措施，得到各级政府部门的积极推进。 关键词：太阳能热水器开展 中图分类号：TK511文献标识码： A 平板太阳能热水器是最早进入中国家庭的太阳能热利用产品。受制于本钱和使用效果，平板太阳能热水器逐渐被真空管式太阳能热水器所取代，成为中国市场上的边缘产品。近年来，随着市场需求的变化，在建筑一体化趋势下，平板式集热器承

2、压运行和便于实现一体化等优点得以充分发挥。在政策引导和技术进步的背景下，平板太阳能热水器或将迎来新的开展机遇。 一、太阳能热水器的新机遇 我国太阳能资源十分丰富，其中三分之二以上的地区利用太阳能的条件都相当好。随着经济的开展和人们生活水平的提高，推进生态文明建设是中国今后几年经济社会开展的根本目标之一，可再生能源利用作为生态文明建设的重要措施，得到各级政府部门的积极推进。 太阳能热利用是可再生能源利用的重要领域，中国太阳能热利用最成熟的产品是太阳能热水器。近几年，太阳能热水器行业快速增长。 二、平板太阳能热水器重焕生机 平板太阳能集热器是最早出现的太阳能集热装置，尽管早在17 世纪后期已被创造

3、，但是直至20 世纪60 年代才真正进入实际应用。在中国太阳能热利用技术开展过程中，平板式太阳能集热器是最早得到应用的产品，曾一度占据中国太阳能热水器市场统治地位。但是，由于初期产品技术和结构的缺陷，这种产品的开展并不顺利。 随着平板集热器制造技术的进步和节能减排要求的提高，中国平板太阳能热水器的产量从2004 年开始逐渐上升。由于统计口径不同，目前国内市场平板太阳能热水器的市场份额数据差异较大，较为保守的估计为12% 左右，乐观的估计约为35%，一般认为以25% 作为分析的根底数据较为恰当。 自2021 年起，中国太阳能热水器市场在政策驱动下快速开展。按照中国太阳能热利用行业协会的统计，近几

4、年，太阳能热水器行业年产销量平均增长幅度超过30%，除了农村市场销量保持增长，支撑行业高速开展的主要动力还来自城镇住宅用户和工程应用领域需求量的迅速增长。在城镇市场，平板太阳能热水器具有明显的应用优势，这令平板太阳能热水器的市场规模在近三年以年均50%左右的速度增长。 平板太阳能集热器的优点是平安性好、易于与建筑物一体化安装。同时，平板式太阳能集热器具有较强的耐压能力，适用于承压系统。在城镇住宅用户和工程应用领域，承压系统的优势显而易见。 同时，平板太阳能集热器的各项技术已到达较高水平，产品性能大幅提高，市场竞争力显著增强。以往，平板式太阳能集热器的缺乏主要是冬季难以获得较高温度的热水。然而，

5、在现有技术水平下，当集热器内的水温低于50时，平板型集热器的瞬时热效率大于真空管集热器。年使用效果考核，在相同条件下，采用平板型集热器的太阳能热水器能够提供更多的热水。中国平板太阳能热水器将再次进入快速开展时期。 事实上，近年来太阳能热利用技术开展的趋势之一，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

6、类太阳能集热器容量较小的系统更受市场欢送，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。 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，假设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

7、产品的平安性、可靠性，并增加了本钱。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。 较低的太阳能保证率可以提高太阳能采暖系统的运行效率与可靠性。国内企业关心的循环工质的使用寿命问题，在欧洲太阳能采暖系统中几乎不存在。虽然欧洲采用的防冻液与中国使用的产品是相同的，但是使用寿命可到达15 年，而中国的使用寿命仅为35 年。这主要是因为欧洲太阳能热水系统的回水温度一般控制在30以下，而且由于太阳能保证率较低，全年几乎不会出现循环工制过热的情况。此外，较低的回水温

8、度可以显著提高集热器的热效率。 事实上，太阳能集热器的造价较高，配套面积较小的集热器可将节省的购置费用用于购置辅助热源装置，降低系统总造价。为了保证太阳能热水系统在最不利的运行条件下仍具备良好的使用性能，无论以空气源热泵还是燃气热水器作为辅助热源，这些辅助热源的容量不会受到太阳能集热器配置的影响而变化。太阳能保证率为30的太阳能空气源热泵热水系统与太阳能保证率为60的同类系统相比，太阳能集热器的面积减少，系统总造价降低。虽然前者的运行费用有所增加，但是前者在全生命周期内的总费用支出可能仍低于后者。 太阳能热水装置集成应用 为了获得稳定的热水供给，家用太阳能热水器通常配有辅助热源，其中采用电热元

9、件辅助电加热的方式最为常见。近年来，采用其他辅助热源的太阳能热水系统的开发成为行业技术开展的热点课题，采用空气源热泵或燃气加热装置的方案较为常见。国内外企业对太阳能热水器、空气源热泵热水器以及燃气热水器之间的两两组合和三单元组合系统，进行了一系列的研究和开发。 空气源热泵的工作原理是利用环境空气作为低温热源，通过蒸汽压缩式热泵循环将来自低温热源的热能温度升高到可以利用的温度。与电热元件相比，在额定运行条件下，热泵的电力消耗约为电热元件的1/4。由此可见，与采用电热元件作为辅助加热装置的系统相比，太阳能空气源热泵组合系统的电费支出仅为前者的1/4，为电热水器的1/10 左右。利用热泵作为辅助热源

10、，安装位置较为灵活，仅需通风良好。 空气源热泵的运行性能主要受蒸发器进风温度的影响，日照条件对热泵的供热能力没有影响。在进风温度较低时，热泵的制热能力和热力效率会明显下降。因此，标准型空气源热泵一般只适宜在进风温度 7的条件下运行。此外，作为辅助热源，空气源热泵的制造本钱较高。 燃气热水器的热输出能力不受日照和气象条件影响，由于热输出功率较大，能够快速响应热负荷变化。在多数情况下，即使太阳能热水器无法运行，作为辅助热源的燃气热水器仍可以快速输出热水，而且系统造价低廉。但是，燃气热水器的运行费用较高，燃气的燃烧产物会产生一定的环境污染，烟气中的CO 等物质具有较强的危险性，需要严格控制浓度。此外，燃气泄漏可能导致火灾等事故。 采用空气源热泵或燃气加热装置作为太阳能辅助热源，可以对太阳能热水器的技术经济性产生显著影响。然而，当一些按独立运行要求设计的热源装置组合运行时，这些装置相互之间的影响可能是不良的，必须认真处理。为了提高系统的技术经济性、平安性和可靠性，诸如降低太阳能保证率、超温限制、减少燃气加热装置最小温差以及应对燃气泄漏的平安设计等措施在系统设计和安装过程中需要得到妥善考虑。电器 三、结语随着我国国民经济的开展和人民生活水平的提高，对电力的需求会越来越大，特别是建筑物降温的能耗巨