中高层建筑太阳能应用技术探索

北京清源盛业新能源技术有限公司

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在我国，太阳能热水器已经得到大面积推广普及，但适合中高层建筑使用的太阳能热水器应用还不是很广泛，推广速度明显缓慢，主要是因为现有热水器产品类型在中高层建筑上安装存在技术和安全方面的障碍，具体来说有高层楼群密度较大容易遮荫、南向外墙集热器安装不便、同层水头落差小压力低自然运行困难、户外悬挂户内埋管存在安全隐患等。绿色建筑博客[6W}$O-rwrK$y`

使用承压水箱顶水式运行换热取水来应对这些问题在发达国家已很普遍，但在我国准承压水箱式方式直接应用存在水质和价格偏高的问题。国内许多太阳能生产企业在这方面做了大量的工作，热管式、换热式等都取得了很多成功的经验，北京清源盛业新能源技术有限公司对此也进行了有益尝试，在这里与同行分享。绿色建筑博客[}(e^fPT

首先，我们将相关问题进行罗列，如集热器和水箱的承压，集热器的安装，水箱的布置，电磁阀和水泵的寿命，控制系统的可靠性，水泵的多功能使用，电加热的配套，部件装配，外观设计，使用环境，成本等等问题。

然后对这些问题进行归类总结，得出结论，这些问题中最根本的有三个方面：一是保证使用者随时获得适当温度和压力的热水；二是不破坏建筑的结构和美观，提高可靠性；三是尽可能降低成本。这三个方面是此类产品在市场上能够普及的最直接的条件。

于是，经过对比分析讨论，我们认为通过采用非承压结构也完全可以很好的解决热水利用率问题、安全性问题和成本问题。基于以上分析，参考大量工程实践，结合家用系统特点，我们研制出一系列相关产品，并以此类产品研发和生产做为公司主项业务，这里介绍其中的一种集成式全自动家用分体式太阳热水器做为太阳热水器与建筑有机结合的一种实例。

该方案以水箱、集热器不承压结构为前提，通过一套控制系统巧妙地利用一个特制管道泵实现循环和增压两种功能。有效地解决非承压结构的不足，外置式传感器解决了水温和水质对传感信号的影响，延长了其使用寿命，通过简化管道配置，使用一个特制四通将水泵、各类阀门紧凑布置，组成组件，节省了材料，便于安装维修，外观整齐美观和家装家具协调一致。其主要特征是将所有控制、循环、增压等零部件全部集成于一体，并暗装在水箱外壳内，整个系统分集热器和水箱两部分，水箱外部有四个水管接口，其中两个和集热器直接联接，一个接自来水，一个通向热水供应管道，水箱表面有温度水位显示和操作按钮。整体外观整齐明快，安装只需将集热器悬挂在能够充分接受阳光的地方，水箱放置在卫生间、阳台内或任何方便放置的地方并将四个水管接口联结到相应的管路上即可，和同类产品相比，解决了大量阀门、管件、水泵、控制系统等的外漏问题，节省了大量安装时间，避免了现场安装不当造成的漏水隐患，对集热器和水箱的相对位置也无任何要求，使用期间一般不需设置和操作，可以长期全自动运行，能够很好地满足与建筑协调一致的安装要求和使用者的温度压力要求，同时由于采用外置式传感器，彻底消除了水温水质对控制系统的影响，使控制系统的可靠性和寿命得到了保证，系统在正常情况下常压运行，温控补水。即使出现故障，也不会对住宅环境造成损失。有效解决了同类产品存在的一些缺陷。绿色建筑博客j
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该产品的基本工作过程为系统补水通过温度水位信号控制电磁阀完成，系统循环通过集热器和水箱温度差控制，用水增压通过热水管路中水流动作自动进行。即安装完成后，接通电源，显示水箱内水温和水位，水位低于20%时，排除信号干扰，延时10分钟，自动补水至40%，并且在水箱温度低于设定水温时自动开启电加热，保证水箱内始终保持40%符合要求的热水。在此前提下，根据太阳辐射情况，依靠自来水压力，间断性地将集热器内达到要求的热水向水箱内补充，直至补满水箱。即当集热器内水温高于水箱设置水温5℃时，补水电磁阀开启，直至集热器内水温低于水箱设置水温时关闭，等集热器水温再次达到电磁阀开启温度时，进行下次补水，也即执行定温补水程序。绿色建筑博客(S.^1@cV

当热水补满水箱后，电磁阀关闭，停止补水，此时如果水箱水温还没有达到设定要求温度且集热器水温仍高于水箱水温5℃，循环水泵开始工作，每5分钟定时开通一次，使集热器内水和水箱内水进行循环换热，充分利用集热器得热，这个过程为温差循环过程。绿色建筑博客8u&bA2E a:|$RM5G6?

在使用中，不同地区还可能出现集热器夏季得热超量导致水沸腾或冬季散热超量管道结冻的情况，所以在控制程序中也设置了防沸循环和防冻循环功能，即当集热器温度高于90℃或低于5℃时，循环泵每隔10分钟循环1分钟，以保护集热器和管道不被损坏。绿色建筑博客"Hx$Z[L g

通过以上几种循环功能，可以最大限度地利用集热器得热，保证集热效率最大化，同时通过定温补水功能避免了循环水泵长期工作，延长其使用寿命，降低能源消耗，使整体经济性和系统可靠性提高。绿色建筑博客%v[DdS\Y'W'{

对于使用时最关键的使用压力要求，是通过热水供应管路上的流水开关控制循环泵工作来实现的，即此时泵的功能由循环转化为增压，当热水管路上的某一点开始用水时，充满管路中的水开始流动，带动集成组件中的流水开关立即启动水泵增压功能工作，对热水供应增压以达到用水增压目的，用水龙头关闭，增压泵停止工作。

从其工作过程可以看出，该产品和“全承压式”比较，同样具有分体安装，压力保证等优点，同时，由于所有部件采用非承压结构使安全性、寿命、成本等方面具有明显优势，也没有压力腐蚀问题和不会造成因混水的热水利用率低的问题。

从住宅设施要求上它也符合安装维修方便，结构紧凑、整齐美观等要求，所以该产品的研制成功将会对我国太阳能与建筑结合，使太阳热水器进入住宅设施范畴起到积极的推动作用。

在此产品的基础上我们还研制出适合不同建筑形式和不同使用条件的相关系列产品，使产品功能细分，更具个性化，也能满足不同档次使用者的特殊需要。