分析中高层住宅阳台式太阳能热水系统应用案例

北京市太阳能研究所集团有限公司/律翠萍

　　摘要：本文主要介绍了适用于中高层住宅的阳台式太阳能热水系统原理及工程应用，该工程集热元件为U型管集热器，水箱为立式夹套水箱，内设电辅助加热装置，水箱安装在阳台承重墙上。系统智能控制，操作简单，使用方便。

　　1工程概况

　　项目位于包头市昆区，根据包头中冶·世家项目一期实际情况，本工程安装阳台壁挂式太阳能热水系统，规格为100L水箱的396套和120L水箱的272套，集热器为U型真空管集热器。系统能源以太阳能为主，电加热为辅，保证住宅全年全天候热水供应,该项目要求春夏秋三季热水出水温度不低于55℃，冬季热水出水温度不低于45℃。太阳能集热器在南侧客厅阳台外挂安装，承压储热水箱安放于南侧阳台指定位置。

　　2阳台式太阳能热水系统工作原理

　　阳台式太阳能热水系统为集热部分（集热器）和储热部分（水箱）相分离的分体式系统。系统由四部分组成：集热器、水箱、循环管路和控制器。集热器挂在南侧阳台外壁或壁上吸收太阳能，水箱固定在阳台内承重墙上，集热器和水箱之间通过循环管路连接。

　　集热器吸收太阳能辐射后转化为热能，将热量传递给集热器内的防冻液，防冻液温度升高后，自然向上循环至水箱换热结构，与水箱之间进行换热，达到加热目的。防冻液与水箱换热的过程中，温度下降，自然循环至集热器中，形成集热循环过程。自然循环无需外部动力，系统依靠集热器和水箱中的介质温度不同产生的密度差进行循环（热虹吸循环），将储热水箱中的水不断加热。系统运行原理如图1所示。

　　水箱里有辅助能源电加热，当水箱温度未达到用户使用要求时可以通过电加热水箱中的水。该系统电加热可自动控制和手动控制。集热器和水箱之间的管路充满防冻介质，实现系统防冻。该系统承压运行，用户打开用水末端，即可使用热水。

　　3阳台式太阳能热水系统设计要点

　　3.1集热器型式选择与安装方式

　　依甲方要求，集热器选用玻璃U型管太阳能集热器，100L水箱配一块真空管规格为Φ58×1800mm13支的集热器，120L水箱配一块真空管规格为Φ58×2100mm13支的集热器。

　　U型管集热器有以下特点：全玻璃真空管内不走水，降低炸管率，真空管偶尔破损不影响整机运行；采用全玻璃真空技术，全年效率均衡；金属流道，可承压使用；集热器既可纵置，亦可横置，安装自如，能与建筑完美结合。

　　集热器与墙面的安装方式有直立式和倾斜式两种。直立式是集热器与墙面平行，与墙面结合紧密，外观具有一定的装饰效果，但热效率低；倾斜式是集热器与墙面有一定角度，外观装饰效果不如直立式，但接受太阳照射效果好。

图2集热器安装效果图

　　本工程集热器倾斜式安装，安装角度为32°，热效率高。集热器安装效果如图2所示。

　　3.2储热水箱的选择

　　储热水箱采用立式搪瓷内胆夹套水箱，具有以下特点：

　　1.夹套式结构，360°循环换热，增大换热面积，热效率高；

　　2.钛金特护内胆、耐腐蚀、耐高压、抗疲劳；

　　3.彻底实现水电隔离，双级超温自动断电保护系统，真正实现双重保护；

　　4.水压足，可多点供水，舒适性强；

　　5.储热水箱承压运行，能承受8kg压力。

　　每户配置一个承压搪瓷水箱，水箱技术参数如表1所示。当雨雪天气太阳能系统不工作时，可由辅助电加热保证热水供应，以保证用户24小时热水需求。水箱安装效果如图3所示。

图3水箱安装效果图

　　3.3集热器支架

　　集热器支架采用国标40mm×40mm×4mm角钢制作，与建筑物合理地连接成整体，确保安装的稳定牢固和安全性能。支架整体进行喷塑处理，设计时充分考虑集热器和水箱运行重量，安全可靠，符合国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范（GB50364-2005）》的技术要求。

　　3.4连接管路

　　集热器与水箱的连接管路采用φ16的紫铜管，管壁1mm厚，接口采用空调接口，具有寿命长等优点。由于换热方式采用自然循环，就要求管路避免急转弯，保证循环畅通，同时，为防止气阻和滞流，循环管路（包括上下集管）安装应不小于0.01的坡度，以便于排气。管路最高点应设通气管或自动排气阀。

　　水箱与用水点的连接采用PPR管路，热水供应管路系统安装同《SGBZ-0502室内给水管道安装施工工艺标准》。管路保温采用橡塑保温，外缠铝箔布，防水防老化，美观实用寿命长。

　　3.5控制系统

　　系统全自动运行，保证无需人员值守系统运转正常。本项目配置的控制器是应用单片机技术开发的太阳能专用配套仪表，控制仪表可实现功能如下：

　　1.定时加热：用户可根据个人生活习惯（洗澡时间或热水使用时间），设定电加热定时开启的时间。在设定的时间，仪表将自动检测水箱水温，当水箱水温低于设定值时，电加热将自动开启，将水箱中的水加热到设定温度后自动关闭。

　　2.手动加热：用户可根据自己的需要，随时手动开启或关闭电加热。

　　3.开机自检：控制仪表在停电后，会储存原来设置的参数，来电后开机自检。

　　4.温度指示：可实时显示水箱温度。

　　5.恒温加热：仪表可实现恒温加热功能，设定水箱恒温加热温度，当水箱低于该温度时，电加热自动开启，达到该温度，电加热自动关闭。

　　6.漏电保护：仪表具有漏电保护功能，当检测到漏电电流时，仪表自动断开电加热，同时蜂鸣器报警。

　　7.管道解冻：冬天室外气温较低时，可按“解冻”键启动电热带防止水管冻裂，对于通电时间用户可通过按键进行设置。通电时间达到用户设定值以后控制系统会自动关闭电热带，此功能不仅节约电能，而且可以有效防止电热带长期通电导致老化。

　　8.掉电记忆：在掉电的情况下，仪表会保存用户之前设置的所有参数，当上电时控制仪能按以前设定的模式及功能运行。

　　9.过载保护：当启动电加热、电热带时，若电流超过负载额定电流或负载短路时，仪表会自动切断供电电源，同时蜂鸣器报警提示。