庄绍林—中科院研究员

 

       一、    太阳能热水工程的一般形式：

1、分体式强制循环型：

     真空管集热器通过管道与储水箱相连，根据太阳能真空管的水温与水箱的水温之差，用循环泵使太阳能真空管的水与水箱的水进行强制热交换。即太阳能真空管的水温高于水箱水温3度—55度时，循环泵工作，将水箱的水抽到太阳能真空管集热器底部，集热器上部的热水从而顶入水箱；当太阳能真空管的热水与水箱水温相差3度时，循环泵停止工作，这样不断提高水箱的水温。这种方式热效率高，水箱提温快，但需要增加循环泵的费用。

有的用户采用定温出水式，即当太阳能集热器的水温高于设定值1时，向集热器供自来水，将集热器的热水顶入水箱，当太阳能集热器的水温低于设定值2时，停止供水。这种办法好处是成本低，但要随季节不同调整设定值，不太方便。2、联体式自然循环型：

真空管集热器直接与水箱相连，太阳能真空管的水温升高时热水进水箱上部，温度较低的水入真空管，这样周而复始，提高水箱水温。成本虽然较低，但是效率差，而且不利于随时取热水。安装时各水箱需在同一水平位置，困难较大。

 

       二、太阳能集热器与储水箱热交换的方式：

     太阳能集热器与储水箱热交换的措施，一般采用循环泵进行热交换。为了延长循环泵的使用寿命和节约电能，往往采用间歇工作的方式。

1、定温差式：即设定太阳能集热器水温达高温值1时，启动循环泵，将储水箱的水抽到太阳能集热器内，将太阳能集热器的热水顶入储水箱，这样的结果是：储水箱的水温不断提高，而太阳能集热器的水温不断下降，当达到低温值2时，循环泵停止工作；当阳光继续照射太阳能集热器，太阳能集热器的水温又在不断提高，当达到高温值1时，又启动循环泵，又完成一次提温过程，这样周而复始不断提高储水箱的水温。

2、动温差式：即太阳能集热器水温高于储水箱的水温3～55度时，开启循环泵，将储水箱的水抽到太阳能集热器内。储水箱的水温升高，而太阳能集热器的水温降低，当太阳能集热器的水温与太阳能水箱的水温相差3度时，关闭循环泵。太阳继续照射太阳能集热器，太阳能集热器的水温又在升高，当高于储水箱水温3～55度时，循环泵又开始启动，这样周而复始，使储水箱的水温不断升高。

3、时间间歇式：即设定每日循环泵开启的次数和时间，每日循环泵关闭的次数和时间，使太阳能集热器的水和储水箱的水热交换。

4、光照间歇式：时间设定与光控设定结合，即当阳光充足时循环泵在设定的时间内循环，在另一设定的时间内停止循环；当阳光不足时循环泵停止工作。

上述四种方式都可以达到使储水箱的水温利用太阳能不断的提高的目的。

 

       三、电加热器的选用及接线方法

1、电加热管应尽量采用电阻丝相对长的，这样可延长电加热管的寿命。电加热管采用紫铜外包皮，因为紫铜外包皮是全密封的，不易渗水，不易漏电。不锈钢外包皮，应选用无缝管式。一般是有缝焊接，容易渗水、漏电，漏电保护器断电，整个控制系统断电，导致整套系统处于瘫痪状态。还有一种石英式，真品也很不错。

2、电加热器的接法：①额定电压是220V的，单相：一条火线和一条零线供电即可；三相：星型连法（即Y型）：把三组电加热器的各首接线端分别接不同的火线，把三组电加热器的各尾接线端连到一起，接同一条零线。

②额定电压是380V的，采用三角形接法。把三组电加热器的各电加热器的首尾接线端依次连接，其接线端分别与三条火线连接。

 ③星型接法：若三相平衡，零线基本没有电流，零线可比火线细一些。星型接法如果有一相电加热器断路，断电器不会断电，不影响其他电器的使用。但是导线中的电流强度比同样功率的三角形接法，要大1.73倍，选用的导线直径稍大一些。

④三角形接法：不需要零线。若有一相电加热器断路，因为三相电失去平衡，断电器就会断路，导致其他用电器失效。但是三角形接法导线中的电流强度，比同样功率的星型接法小，因而导线直径可稍小一些。

导线选择：电功率/相数/电压数/4（平方）

 

       四、循环泵的选用：

200W以下可选用单相供电，200W以上尽量选用三相供电，若转向不对，调换任意两条火线即可解决。三相供电的水泵比单相供电的水泵寿命相对长一些。要注意选择的是热水泵。应该尽量选用三相交流循环泵，如果没有三相交流电，也应该选用功率较大的国内外知名品牌的单相泵。直流电机泵，由于噪声和成本较大，尽量不采用。

 

       五、恒温出水的方法：

①一个水箱的情况：可采用恒温电加热或补充蒸汽的方法：

②高精度的恒温出水方法：设有两个水箱，即一个储水箱，一个混水箱（调温箱）。储水箱的体积一般是混水箱的5-10倍。混水箱的中部放置有多孔喷水管道，该喷水管道与自来水独立相连，用户用水管道与混水箱相连。通过精度是千分之一的仪表调整。温度升高进冷水，温度降低进热水。

③利用恒温调水阀的方法：即调温阀有热水和冷水同时供给，通过机械或电子控制冷热水的比例，达到需要水温的目的。各调温阀并联安装。这种方法只适合单人洗浴需要。

 

       六、管道防冻的方法：

1、定温使用伴热带，当管道温度低于某值时（例如2℃），给紧贴管道外壁的伴热带通电加温；当管道的温度到达另一值时（例如6℃），伴热带断电。这样，可以延长伴热带的寿命，节电。伴热带功率的计算方法：宽8mm，每米15瓦—20瓦，10米可达200瓦，采用0.5平方的电线即可，如果宽度大于8mm，每米的功率大于20瓦。伴热带越长功率越大。

2.控制循环泵，使管道的水和水箱的水进行热交换，提高管道温度，防止结冰。如果全自动控制柜设计合理，集热器与水箱进行热交换的循环泵可以同时担任防冻循环泵。

 

       七、防漏电的措施：

1.电加热的水箱必须可靠接地，即使潮湿的地面，地线角铁必须打入2米以下。干燥的地面得4米以下，以见湿土为准。有的人想用避雷线代替地线，这是绝对不允许的。但可以用大楼的主地线代替。（可以从大楼的配电柜中找）

2.自动控制柜里面应安装国家权威部门认证的漏电断路器。

3.加长非金属热水出水管道，也是提高安全系数的办法。

 

       八、水路设计应注意的规律：

1、同一容器，热水向上移动，冷水向下移动。

2、同一管道水总要保持同一个水平面。

3、同一管道中气体总要到最高处，因此注意安装管道气体泄放阀。

4、自来水的压力一般大于热水的压力（水箱水的压力计算方法：水深10米可作为一个大气压计算。而自来水的压力一般可达4个大气压）。

5、 存在虹吸现象，利用该原理可以越过障碍物。

6、 同一管道中，直径大的流速慢，直径小的流速快；同一管道同一时刻流量相等，直径大的管壁压强小，直径小的管壁压强大。

        九、工程一般核算法：以每天生产热水1、5-2万元/吨。100条真空管可产1吨热水/天。

       总之，只要以科学的态度设计安装太阳能热水工程，一定会达到成功之目的。但核心是要寻找可靠、耐用的太阳能智能控制柜；能够有机结合适合客户实际功能要求的控制柜；重点是水箱水位传感器具有防水垢功能，水位控制可靠；水温控制仪表精度高（达千分之一），误差小；功率电器控制设备采用真正的中国名牌、3C认证、已入中国人民保险公司保险的产品。另外，在认真读懂使用说明书的基础上，按要求施工，防止出错。