莊紹林—中科院研究員

 

       一、    太陽能熱水工程的一般形式：

1、分體式強制循環型：

     真空管集熱器通過管道與儲水箱相連，根據太陽能真空管的水溫與水箱的水溫之差，用循環泵使太陽能真空管的水與水箱的水進行強制熱交換。即太陽能真空管的水溫高于水箱水溫3度—55度時，循環泵工作，將水箱的水抽到太陽能真空管集熱器底部，集熱器上部的熱水從而頂入水箱；當太陽能真空管的熱水與水箱水溫相差3度時，循環泵停止工作，這樣不斷提高水箱的水溫。這種方式熱效率高，水箱提溫快，但需要增加循環泵的費用。

有的用戶采用定溫出水式，即當太陽能集熱器的水溫高于設定值1時，向集熱器供自來水，將集熱器的熱水頂入水箱，當太陽能集熱器的水溫低于設定值2時，停止供水。這種辦法好處是成本低，但要隨季節不同調整設定值，不太方便。2、聯體式自然循環型：

真空管集熱器直接與水箱相連，太陽能真空管的水溫升高時熱水進水箱上部，溫度較低的水入真空管，這樣周而復始，提高水箱水溫。成本雖然較低，但是效率差，而且不利于隨時取熱水。安裝時各水箱需在同一水平位置，困難較大。

 

       二、太陽能集熱器與儲水箱熱交換的方式：

     太陽能集熱器與儲水箱熱交換的措施，一般采用循環泵進行熱交換。為了延長循環泵的使用壽命和節約電能，往往采用間歇工作的方式。

1、定溫差式：即設定太陽能集熱器水溫達高溫值1時，啟動循環泵，將儲水箱的水抽到太陽能集熱器內，將太陽能集熱器的熱水頂入儲水箱，這樣的結果是：儲水箱的水溫不斷提高，而太陽能集熱器的水溫不斷下降，當達到低溫值2時，循環泵停止工作；當陽光繼續照射太陽能集熱器，太陽能集熱器的水溫又在不斷提高，當達到高溫值1時，又啟動循環泵，又完成一次提溫過程，這樣周而復始不斷提高儲水箱的水溫。

2、動溫差式：即太陽能集熱器水溫高于儲水箱的水溫3～55度時，開啟循環泵，將儲水箱的水抽到太陽能集熱器內。儲水箱的水溫升高，而太陽能集熱器的水溫降低，當太陽能集熱器的水溫與太陽能水箱的水溫相差3度時，關閉循環泵。太陽繼續照射太陽能集熱器，太陽能集熱器的水溫又在升高，當高于儲水箱水溫3～55度時，循環泵又開始啟動，這樣周而復始，使儲水箱的水溫不斷升高。

3、時間間歇式：即設定每日循環泵開啟的次數和時間，每日循環泵關閉的次數和時間，使太陽能集熱器的水和儲水箱的水熱交換。

4、光照間歇式：時間設定與光控設定結合，即當陽光充足時循環泵在設定的時間內循環，在另一設定的時間內停止循環；當陽光不足時循環泵停止工作。

上述四種方式都可以達到使儲水箱的水溫利用太陽能不斷的提高的目的。

 

       三、電加熱器的選用及接線方法

1、電加熱管應盡量采用電阻絲相對長的，這樣可延長電加熱管的壽命。電加熱管采用紫銅外包皮，因為紫銅外包皮是全密封的，不易滲水，不易漏電。不銹鋼外包皮，應選用無縫管式。一般是有縫焊接，容易滲水、漏電，漏電保護器斷電，整個控制系統斷電，導致整套系統處于癱瘓狀態。還有一種石英式，真品也很不錯。

2、電加熱器的接法：①額定電壓是220V的，單相：一條火線和一條零線供電即可；三相：星型連法（即Y型）：把三組電加熱器的各首接線端分別接不同的火線，把三組電加熱器的各尾接線端連到一起，接同一條零線。

②額定電壓是380V的，采用三角形接法。把三組電加熱器的各電加熱器的首尾接線端依次連接，其接線端分別與三條火線連接。

 ③星型接法：若三相平衡，零線基本沒有電流，零線可比火線細一些。星型接法如果有一相電加熱器斷路，斷電器不會斷電，不影響其他電器的使用。但是導線中的電流強度比同樣功率的三角形接法，要大1.73倍，選用的導線直徑稍大一些。

④三角形接法：不需要零線。若有一相電加熱器斷路，因為三相電失去平衡，斷電器就會斷路，導致其他用電器失效。但是三角形接法導線中的電流強度，比同樣功率的星型接法小，因而導線直徑可稍小一些。

導線選擇：電功率/相數/電壓數/4（平方）

 

       四、循環泵的選用：

200W以下可選用單相供電，200W以上盡量選用三相供電，若轉向不對，調換任意兩條火線即可解決。三相供電的水泵比單相供電的水泵壽命相對長一些。要注意選擇的是熱水泵。應該盡量選用三相交流循環泵，如果沒有三相交流電，也應該選用功率較大的國內外知名品牌的單相泵。直流電機泵，由于噪聲和成本較大，盡量不采用。

 

       五、恒溫出水的方法：

①一個水箱的情況：可采用恒溫電加熱或補充蒸汽的方法：

②高精度的恒溫出水方法：設有兩個水箱，即一個儲水箱，一個混水箱（調溫箱）。儲水箱的體積一般是混水箱的5-10倍?；焖涞闹胁糠胖糜卸嗫讎娝艿?，該噴水管道與自來水獨立相連，用戶用水管道與混水箱相連。通過精度是千分之一的儀表調整。溫度升高進冷水，溫度降低進熱水。

③利用恒溫調水閥的方法：即調溫閥有熱水和冷水同時供給，通過機械或電子控制冷熱水的比例，達到需要水溫的目的。各調溫閥并聯安裝。這種方法只適合單人洗浴需要。

 

       六、管道防凍的方法：

1、定溫使用伴熱帶，當管道溫度低于某值時（例如2℃），給緊貼管道外壁的伴熱帶通電加溫；當管道的溫度到達另一值時（例如6℃），伴熱帶斷電。這樣，可以延長伴熱帶的壽命，節電。伴熱帶功率的計算方法：寬8mm，每米15瓦—20瓦，10米可達200瓦，采用0.5平方的電線即可，如果寬度大于8mm，每米的功率大于20瓦。伴熱帶越長功率越大。

2.控制循環泵，使管道的水和水箱的水進行熱交換，提高管道溫度，防止結冰。如果全自動控制柜設計合理，集熱器與水箱進行熱交換的循環泵可以同時擔任防凍循環泵。

 

       七、防漏電的措施：

1.電加熱的水箱必須可靠接地，即使潮濕的地面，地線角鐵必須打入2米以下。干燥的地面得4米以下，以見濕土為準。有的人想用避雷線代替地線，這是絕對不允許的。但可以用大樓的主地線代替。（可以從大樓的配電柜中找）

2.自動控制柜里面應安裝國家權威部門認證的漏電斷路器。

3.加長非金屬熱水出水管道，也是提高安全系數的辦法。

 

       八、水路設計應注意的規律：

1、同一容器，熱水向上移動，冷水向下移動。

2、同一管道水總要保持同一個水平面。

3、同一管道中氣體總要到最高處，因此注意安裝管道氣體泄放閥。

4、自來水的壓力一般大于熱水的壓力（水箱水的壓力計算方法：水深10米可作為一個大氣壓計算。而自來水的壓力一般可達4個大氣壓）。

5、 存在虹吸現象，利用該原理可以越過障礙物。

6、 同一管道中，直徑大的流速慢，直徑小的流速快；同一管道同一時刻流量相等，直徑大的管壁壓強小，直徑小的管壁壓強大。

        九、工程一般核算法：以每天生產熱水1、5-2萬元/噸。100條真空管可產1噸熱水/天。

       總之，只要以科學的態度設計安裝太陽能熱水工程，一定會達到成功之目的。但核心是要尋找可靠、耐用的太陽能智能控制柜；能夠有機結合適合客戶實際功能要求的控制柜；重點是水箱水位傳感器具有防水垢功能，水位控制可靠；水溫控制儀表精度高（達千分之一），誤差??；功率電器控制設備采用真正的中國名牌、3C認證、已入中國人民保險公司保險的產品。另外，在認真讀懂使用說明書的基礎上，按要求施工，防止出錯。