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太阳能热水器的一些简单状况

详细介绍

太阳能热水器的一些简单状况

由于新买的房子在楼顶,基于省钱节能的角度,考虑安装太阳能热水器。所以对这个产品进行了一些考察,了解了一些基本情况。平时经常看其它DX的文章,学得了不少知识,所以这次我也贡献一下。希望能够为有需要的网友们提供一些基础知识。未作提纲规划,随笔草草写成,望见谅。可以任意在网上复制、转贴。

太阳能热水器大概可以分为3个主要部件,储水罐、集热器、控制器(这里所说的控制器不是指那些手动的阀门,而是一个电子设备)。其中控制器不是必需的。以下大致说说。

一、储水罐

比较简单,结构上分为落水式和承压式。从名字可以看出来,承压式就是工作时桶里总是满的、有压力,用一点水就会马上补充。落水式的桶是开放的,与大气连同的。当然不是像个大锅一样敞着,只是有一个很小的通气孔/溢水孔,在用、补水的时候保证空气流通。如果空气不流通水就不能正常的上下了。有些产品通气孔和溢水孔是分开的,有些是和二为一。

特点:

1、承压式可以保证出水压力和速度与自来水一样,落水时只能靠落差保证压力,一般会小一些,在某种极限情况下只能使用增压泵(后面会说一下)。

2、在使用上,承压式是用一点水就自动补水,在阳光不是很充足且用水量较集中(没有电辅加热)的时候,供水温度会一点点下降,如果用于洗澡的话,可能不是很舒服,对策是使用恒温混水器(大约700~3000)。落水式一般上下水管是一根,用个三通阀门转换,补水的时候搬到一边,用水的时候放到另一边;这样一般来说在整桶水放空之前供水的温度是比较平衡的。不过夏天太阳比较强烈的时候,供水量肯定比上、落水两根管的储水罐要差。落水式储水罐好像也有用两根管分开上下水的,水用了也可以马上补。好处就是能供应较多的水。缺点是,如果产品没设计好的话,会把刚补上的水马上又放回来。

3、内胆,主要是搪瓷和不锈钢的。不太好分优劣,个人感觉好像搪瓷内胆应该比较耐用,但据某些业内人士称只有搪瓷内胆才需要镁棒保护(利用镁的活跃性,先于铁等金属于水中的带电离子反应,保护金属部件),给人的感觉是,搪瓷内胆不是全面覆盖的。这个问题上就是仁者见仁智者见智了。

4、保温层,储水罐内胆和外壳之间的填充物。现在基本都是聚氨酯等发泡剂了,一般在40~60mm厚。我的感觉是,在同等条件下(比如材料种类、填充密度等)厚的比较好,但也有宣称不是越厚越好的。在卖场里都有样品的,很多还都锯开一半让你看。不过这些东西一般人也看不太懂,只能看看厚度了。另外关于填充剂的密度,有的厂家有专门的机器填充,采用好的原料,一般密实且均匀,有些厂子可能就差一点了。不过这个问题我是这么看的,空气是热的不良导体,只要不是太疏松、空档太大的话,保温性应该是可以保证的(外行看法,仅供参考)。

5、卫生,不可避免的,任何容器都会成为藻类、细菌的繁殖地,尤其是储水罐这样的高湿环境。由于落水式的天然结构,与大气的接触比承压式要多得多,所以无可避免的,其内部卫生情况肯定比密闭的承压式储水罐要差。因此,负责的厂家都会告诉你,这些水不能直接饮用。当然,夏天的时候,水温最高能到80度,应该能杀死一些细菌。其它季节……

另外,从原理上来说,承压式的储水罐属压力容器,制造工艺要求更高,所以价格也贵。基于同样原因,如果购买的是一些不太出名的小厂家的产品时,如果没有大把握,最好不要选择常压水罐。不过也不用太担心,目前只有很少的大厂在生产承压水罐。

二、集热器

这个地方就是比较见真功夫的了。加热能力就靠集热器的转换效率。从最早的平板式到现在的真空管式,桑普还有一个更先进的热管式(俗称太空管)。平板式由于集热效率偏低,目前在北方地区的个人应用似乎比较少了。热管式集热器,在国内我只知道桑普在用。市场上的绝大多数产品都是真空管式的。

真空管:管子分内外两层,之间抽空空气,起到隔热作用。内层玻璃的外壁涂(还有镀、喷、溅等工艺)吸热材料,现在普遍是深蓝色的,内层玻璃管内走水。最早的产品直径是47mm的,这个标准的来源我不太清楚,反正就这么用下来了。后来有些厂家以扩大集热面积为由,加粗了集热管,58mm,70mm等产品都开始出现。但至于实效如何,不同方面有不同的观点,余以为,在同等价格情况下,多只细管的效果应该不输于少量粗管。

扩展类的真空管:三层管,为了提高换热速度,业界发明了另外一种工艺,在普通两层玻璃管内再增加一层空管,这样集热管内的水变“薄”了(实际是体积变小了),这样管内的水升温更快,提高了交换效率。但是,由于部分地区水质比较硬,如果长期使用的话,会在管内结成水垢,存在影响流动速度甚至堵塞水管的风险,所以有些厂家就不再使用这种技术了。后来又出现使用铜管来代替第三层玻璃管的技术,在恩派的产品里有。不过由于有色金属价格不断攀升,这样的产品成本也会随之增加的。

热管式集热管:好像国内是桑普最早使用(我觉得好像也是唯一使用似的)。利用热质的相变(液、气态转化)过程,达到快速传热的目的。先说一下它的结构吧:也是两层结构,外层为玻璃,内层为喷涂了集热颜色的带翼空心金属管,金属管只有1cm左右粗细,管内抽高度真空,比上面的那种玻璃真空管的真空度要高得多,然后其中存留一些热质——桑普用的就是水。由于热管中的气压非常低,所以其热质的气化温度非常低,按照桑普的设计,大约在20度即可,而依靠比较大的集热面积,很容易达到20摄氏度,即使外界温度很低。当这些气化的水(水蒸气)移动到冷凝端的时候,会变回水,释放相变热,从而使冷凝端温度升高。而冷凝端是埋在储水罐中的。据某些厂家公布的测试数据,冷凝端的温度可以高达200摄氏度以上。

话再说回来,集热器的转换效率(热量采集量)是集热器的关键指标,但遗憾的是,这些指标在厂家的宣传材料上很少能找到。不过呢,厂家一般都会告诉你,他的产品水平比国家标准高多少(其实储水罐的保温性能也有国家标准的),这样就可以有个相对的比较了。

需要特别说明的是,热管式集热管的优势有两点:

1、在比较寒冷的环境下依然能够采集热量,比如很北方的冬季还能够正常使用;

2、由于冷水不进入集热管,不存在炸管的风险;当夏天热水器没有上水时,集热管温度有可能达到100度,这时如果灌入冷水,极有可能造成集热管破裂;
但是这并不意味着它的转换效率、耐用性等指标必然比其他类型的集热管高,虽然有可能确实如此。还有,这种热管的成本较高,所以售价……

三、其他附件

有了上面的储水桶和集热管后,实际上一个热水器已经能够工作了。但为了更加方便的应用,逐渐的又出现了一些其他的辅助产品。

1、支架。首先说明,这个东西是随着太阳能热水器的出现就有了的,并非是“逐渐的又出现了”;只是放在这里统一说一下。最早的支架是用三角铁(角钢)焊制的。成本低廉,不过由于重量太大且维护不便——需要经常喷刷防锈漆,否则会很快报废,现在使用的比较少了;然后又出现了使用带防锈镀层的铁型材(有宣称是不锈钢的)制作,同样由于重量和效果,也没有成为主流选择。目前市场上较为常见的是采用所谓高强度铝合金制作的支架。重量轻,也有相当的稳定性。由于铝型材天然不会整体锈蚀,所以只要考虑稳定性就可以了。选择的时候,可以使劲的晃荡,看看会不会有变形等问题出现。还需要注意的就是连接处是否结实。

2、电辅加热管。在阳光强度和照射时间不足的天气、季节里,热水器能够提供的水温是很有限的,可能不能满足洗浴需要。这就需要用到电加热了。现在的产品大多带加热棒、或者可以选装。随储水罐容积不同,加热棒的功率一般在1000~3000W之间。当启动电加热器的时候,储水罐就相当于一台贮水式电热水器。

还要多说一句,虽然这时的环境温度比室内低,但储水罐的保温性能相当好(大厂的产品都能保证15W/m2K左右的散耗),并且原始水温的差异(经过太阳能加热的水温一般要比自来水高),所以在提供相同水温水量的情况下,电辅加热器不会比普通电热水器耗费太多的电力。

可以大约做一下实验,如果冬季储水罐未经电辅加热的水温比自来水温度高不过10度的时候,使用室外的电加热器就可能有些得不偿失了。这时候就不如把水放空,暂停使用了。如果要洗澡怎么办?等来年开春肯定不行了,所以在布水管线的时候,可以根据实际情况考虑预留其他热水器的安装通道。不过,现在大多数厂家都宣称冬季也能保证供水的温度能够洗澡,人体比较舒适的淋浴温度据信在45度左右,“能够洗澡”的水应该也要有30度了(否则,我觉得有必要发起“请厂家的人免费洗澡”的运动),而自来水的供水温度一般在10度左右,市政供水可能还会在低一些,所以也不用太过担心。

3、电加热带。这个产品同样用于北方,而且是冬季。在室外温度低于0度的时候,为了保证上下水管和溢水管中的水不结冰,就需要为其进行加温。将电加热带缠绕在需要加温的管子外边,然后间歇通电,以达到升温目的。电加热带的功率不高,大约25W/M,而且只需要在0度以下的时候才需要开启,所以耗电也不是很多。同样,类似电辅加热器,如果长期严寒,电费支出入不敷出,还是整机停用为好。

4、增压泵

这个东西也分两种用法,一种是装在上水管上,用于供水水压不足的地方为储水罐补水;另外一种是装在出水管路上,保证正常出水和水量。这所谓的两种只是用法的不同,泵本身差别不大。由于目前供水压力状况普遍较好,所以补水用增压泵一般不太常见,而出水管的增压泵就相对多些。绝大多数都是落水式热水器用户(承压式热水器有供水管保证压力,应该是不会需要,但没作过具体调查,只能估计了。)。据某些厂家讲,大概有20%的用户会选取安装。

安装的用户一般也是有两种情况:顶层住户,由于取水处与水罐落差较小,最小的可能不足1.5m,觉得用水不痛快,所以安装增压泵。还有就是把热水器装载同层的阳台或平台上,0落差,必须要安装。对于前一种情况,可以请厂家在安装热水器的时候试验一下,如果觉得出水速度能够满足要求,就不用装了。

热水器厂家一般都会提供这类产品供选择,价格在500左右。市场上也有销售的,相对便宜一些,400以下就能拿到,如果男士们有兴趣自己动手,建设一下自己的小家,也可以自己买来安装,很简单的。只要预先设计好管线和供电电路就可以了。

以下针对自购增压泵,不需要安装或选择厂家的可以跳过。

自己购买的时候需要注意的:

首先是大厂产品,对于大多数人来说,并不是机电行家,相关知识自然有限,不可能知道对这个行业的产品质量了解得很透彻,所以呢,选个大厂的产品是个比较简单的办法;

第二,增压泵一般安装在室内——卫生间,所以要考虑运行噪音,选择静音产品。买之前要实际听听,注意在卖场的听音结果和在家里实际应用可能要差一些;选择户外型的也不是不可以,不过一来拉线困难,二来价格也会高很多;

第三,运行温度。热水器么,最高温度可能要到80度,所以一定要选热水型的产品,至少110度;当然那种能承载300度的产品也用不着,都是特种工业产品,巨贵无比;
第四,性能。主要是扬程和供水量。扬程实际上就是供水压力,这两个指标相互关联,压力大的时候水量少,而一般得到的数据在都是最大值,买的时候要问好。供水压力3kg足以(大约0.3Mp或者3Bar),淋浴的话额定供水量8升/分钟就够,如果盆浴的话,就越大越好,当然这些好都是钱和电换来的。增压泵功率70~100w,由于间歇运行,耗费不多。

第五,电机类型,这其实也就是说说而已,由于没作过实地调查,只是些简单理论介绍,估计不会存在问题。增压泵用的电机,不同类型决定启动速度,交流感应式电机启动速度慢,要好几秒以后才能达到额定转速和扭矩,如果频繁开关热水的话,可能会有些不方便;直流式电机(供电当然还是220v市电,只不过从结构上说是直流的),可以瞬时达到额定转速,能够保证供水反应速度。余猜测,按照应用要求,感应式电动机应该不会应用于这种微型增压设备的,所以也可以放心。

这个设备一般都是全自动型的,用水的时候会自动感应水压变化,并自动启动,一旦关闭阀门就会自动关机,省电且保护电机和泵体。

5、恒温混水器

前面提到过恒温混水器,这是个好东东,不过我没用过,也大概说说吧。应用(金属)材质的热变形原理,根据感应到的冷、热水水温,自动调整流量大小,保证最终出水温度为恒定值。

用在承压式热水器上最适合了,前边说过承压式热水器的出水温度是变化的。
这个东西的市场价很高,平平常的就要上千,2、3千的也不罕见。而恩派厂(就是那个牛牌)也在配套销售这个东东,做得非常精致、而且漂亮,而且根据拆解照片看,使用的材料和总成都是很不错的。如果选用这个厂的产品,不妨看一看。

6、管件

这和普通水管改造没什么区别,而且都是由热水器厂负责的,没啥可说。

7、智能控制器

最后说说这个,也是个好东东,现在这类产品的功能越来越强大,尤其对于落水式热水器的上下水控制和保护,非常方便。大的热水器厂家都会供应,差不多都有个好听的名字,什么太阳热宝啊之类的。价格在700~1000。

如果自己购买的就很便宜了。由于需要在储水罐中安装传感器,所以就看你能不能说动热水器厂的安装工人帮你安装了(如果放在楼顶瓦面的,肯定是不能自己操作了,毕竟没受过专业训练,把小命丢了可不值),有些厂家还是很好说话的,实在不行,付点安装费也应该可以的。

控制器功能:主要是自动控制上下水电磁阀、加热带、电加热管。

水位预置:可预置加水水位 50 、 80 、 100%,只有几个固定级别;

水温指示:显示太阳能热水器内部实际水温。

水位指示:显示储水罐存水量,同样是固定级别显示。

缺水提示:当水位从高变低,出现缺水状态时,蜂鸣报警,同时 20% 水位闪烁。

缺水上水:当水位从高变低,出现缺水状态时,延时 30 分钟自动上水至预置水位。

温控上水:当水箱水未加满,水温高于用户设定的温控上水温度,自动补水。当正在用水(水位发生变化)时,则延时 60 分钟启动,以避名用户正在用水时启动上水。

手动控制:可手动启动上水,加热。

全天候模式:可按用户个人需要,全天 24 小时内,可分别设定早、中、晚三次定时上水及三次定时加热,并且可分别设定每次定时上水的水位和定时加热的温度。原厂设置为第一次早晨 3 : 00 启动上水至 50% 水位, 4 : 00 启动加热至 50 ℃,提供用户早上起床后的洗喇用水,第二次 9 : 00 启动上水至水满,中午不加热,以便尽量利用太阳能光能量提供加热,第三次 15 : 00 启动上水至 100% 水位, 16 : 00 启动上水至 50 ℃给用户晚上提供大量热水随心所浴(若利用太阳能已达到 50 ℃不启动加热节约电能)。用户自行设定定时,建议将定时上水的时间提前定时加热的时间 1 小时以上,以便先上水再加热,建议加热温度不超过 60 ℃以免烫伤并节约电能。

防电热带起火:电热带间歇供电。

断电显示:当停电时,测控议保留用户预置的所有参数,同时继续显示水温水位及北京时间。

恒温加热:水箱水温低于预置温度 5 ℃,立即启动加热。若水位低于 50% ,先立即自动启动上水。

低水压上水:在上水过程中,水压过低或停水,测控仪会自动进入低水压模式,在此上水模式中,测控仪会间隔 30 分钟启动上水,若 30 分钟人仍不能使水位上升一档,则停止 30 分钟,然后再启动上水,反复循环运行,以避免在低水压或停水时发生以下严重后果:

1 、电磁阀、水泵长期通电运行,造成水泵空转烧毁; 2 、由于太阳能真空管破裂或其它原因漏水,造成不断上水而水箱、屋顶长期流水; 3 、停水后,突然来水,由于空晒,太阳能水箱温度过高,而造成炸管。
自动增压:在供水压较低时,可选择上水增压功能,在上水时,打开电磁阀同步启动水泵加压供水。

同样基于有自购的可能,所以也多唠几句;

主要部件(买控制器的时候都会带):

控制板:对功能和参数进行设定,一般是数码管显示,高档的是液晶的,很漂亮;
电磁阀:控制开启上水管,由于内置了单向功能,可以不必安装单向阀了,而且只用一个电磁阀就够了;

传感器:一根杆后面连着线,感应水箱的温度和水位;水位感应不是连续的,固定几个级别,20%、50%、80%;传感器本体的长度必须与储水罐内部高度相匹配,否则不能正确感应水位;最长可以订制到130cm,供立式储水罐用。分为顶部安装和底部安装两种,后面会说。

连接线:一是传感器与主机的连接线,一般在购买传感器的时候会配套来,只需要注意长度即可;另外一个连线只有少数分体机才会用到,这种机器的面板和控制器主体是分开的,面板很漂亮,可以外部安装,用一条多芯线与主机连接,然后再控制其它动作机构。

安装:主要是传感器,需要把它装到水罐中。如果有上部或侧上部溢水孔,可以直接把传感器从溢水孔伸进去,然后在水罐外边固定好连接线就可以了;另外一种溢水管是在水罐底部,这样传感器就要选用那种底部安装的传感器了,而且要装在上下水管中。同时还要有一支三通(普通的直边的三通就好,呈120度等分的三通不行,因为要用到那个直边),把直通部分(180度的那边)一头拧在水罐上,然后把传感器杆从180度的另一边穿入三通,伸入水罐,然后拧紧(传感器带螺纹,一般是4分的),然后在三通的直角出口上安装上下水管。写的不是很清楚,拿个三通比划一下就明白了。这种安装方式会在某种程度上影响上下水速度。注意:这种安装方式的传感器是固定垂直于水管底,所以传感器杆的长度要小心选择,太长了装不进去,太短了、补水不足(水位到传感器顶部就会报告水满)。最后一种情况,储水罐有专门的传感器安装口,最简单,选好长度和方向,只接捅进去就是了。由于要感应水位,所以传感器是不可能水平安装的,而且是有方向性的。

四 保修和服务

一般至少都提供3年的保修,管线和电路(包括控制器)保修1年,有的厂家还承诺5年保修,还有的有24小时上门的、7天不能修复换机承诺等等。同时大部分宣传能保证10以上的正常使用寿命。

另外,根据国家标准,集热管应该能够承受2.5CM直径冰雹的冲击,厂家在设计时肯定能够提供保证的。如果真遇到大雹子把集热管砸碎了怎么办?活该倒霉,再掏钱买吧,不过都不是很贵。

不过,由于市场容量的限制,目前的太阳能热水器厂家基本都比较小,很少有全国性品牌,加上基本都是这几年才一点点进入家用市场,所以产品稳定性和服务水平肯定难以与那些大型家电企业相提并论。

同时太阳能热水器是在室外使用,风吹雨打之下,出现故障是很正常的。如果真要选择的话呢,还是要有心理准备的。这点有家用汽车的朋友应该有所体会。如果能做好物质准备那就更好了,比如在装修的时候就设计好备用的电、燃气热水器,通过开、关几个水阀就能直接启用,这样一旦太阳能热水器出现故障,也不会耽误使用。

大致就是这么多吧,写着也挺累的。就先不做细致整理了。因为是基础知识的介绍,所以不涉及品牌的选择,其中提到的几个牌子也仅仅为了做个说明的例子。不表示提到的就好些或者差些。

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