太阳能热水器的性能改进与优化

9 太阳能热水系统设计

设计者：4141 学号：4141 班级：新能源1101

前言：太阳能热水器系统主要由太阳能集热系统和热水供应系统构成；包括太阳能集热器、贮水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器和水泵等设备和附件。本设计将为一个地理位置为福建福州的两层小型别墅设计一个合适的太阳能热水器系统。

一、用户基本情况调查

1、环境情况

注：Hha为水平面年平均日辐照量，MJ/(m2·d); Hht为水平面年总辐照量，MJ/(m2·a)；Ht.a为当地纬度倾角平面年平均日照量，MJ/(m2·d)；HLr为当地纬度倾角平面年总辐照量，MJ/(m2·a)；Ta为年平均环境温度，℃；Sy为年平均每日的日照小时数，h; f为年太阳能保证率推荐范围；为回收年限允许值，年。

2、用水情况

2.1日均用热水量

日均用热水量计算公式：

qrd=qrm

式中：

qr——热水用水定额，L/（b·d），查《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》表1-11，最高日用水定额为为80L/（b·d），日均用水量按最高日用水定额的50%考虑，取40L/（b·d）；

m——用水计算单位数，定为4人。

计算可得日均用热水量qrd=40*4=160L/d 城市名称 纬度 Hha Hht Ht.a HLr Ta Sy St f N

福州 26°05′ 11.772 4307.124 12.128 4436.527 19.6 4.6 1665.5 40%~50% 10

9 2.2日均耗热量

日均耗热量计算公式：

Qd=qrcρ（tr-tl）m/86400

式中：

Qd——日耗热量，W；

qr——热水用水定额，L/（b·d）；

c——水的比热容，c=4187J/（kg·℃）；

ρ——热水密度，kg/L；60℃水密度为0.983kg/L；

tr——热水温度，tr=60℃；

tl——冷水温度，查《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》表1-16，定为20℃；

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

技术　太阳能与热泵热水器专题　

太阳能热水器的　

技术瓶颈及发展　

趋势　

中国家用电器研究院刘庆　南京绿盾电气设备有限公司李光华　

６２家电科技　、家用太阳能热水器市场发展的战略机遇　与需求　

在能源发展遭遇严峻挑战的时期，节能减　

排，大力发展新能源与可再生能源，成为我国能　

源发展的必由之路，太阳能作为可再生能源将成　

为解决这一问题的最佳途径。作为产品技术较成　

熟的太Ｉ；ＨＮ￣热水器，近５年来以每年３０％￣３５％的　

速度增长，预计￣ｑ２０１５年，全国住宅用太阳热水　器将达到２．３２亿平方米，行业产值超过１０００多亿　

元，太阳能热水器将成为住宅用热水器最具潜力　

的种类。　

我国目前在部分地区出台了１２层以下新建楼　

房需安装太阳能热水器的政策；而一些省、市、　

地区也先后出台了地方性强制实施的措施及对建　

筑开发商的奖惩制度；国家也在调研针对为老小　

区住户以政府补贴方式全面更换安装太阳能热水　

器的可行性，所有措施都为太阳能热水器的进一　

步发展带来了机遇。同时也对太阳能热水器从产　

品的工艺、结构、标准化、系列化到能效、质　

量、安全、成本、寿命以及外观造型等都将提出　更高的标准。　

二、太阳能热水器产品成熟度的分析　

一个具有完善的标准，标准化程度高，主　要核心部件实现了标准化、系列化，质量稳定，　

生产制造工艺成熟，实用性强，无明显功能性缺　

陷，并拥有一定的受众群体的产品，才可称为成　

熟产品。　

真空玻璃管集热式家用太阳能热水器基本达　

到了上述条件。特别是它的核心部件一真空集热　

玻璃管：辐射吸收比ｎ已高达９２％，发射率ｅ及　

热扩散系数都非常小，实现了标准化、系列化，　

生产制造工艺成熟、先进，成本低，单根配套仅　在１０元左右，说明核心技术和工艺非常成熟。但　

因（１）该热水器的单位面积集热效率以标准计　

只有４５％，又因真空玻璃集热管内的余水留存，　

使实际单位面积的热效率仅达３４％（尚未计入水　

箱和支架所占用的面积），制约了太阳能热水器　

0引言随着世界能源价格的上涨和人们环保意识的增强，太阳能热水器与建筑结合将极大地推动节能省地型建筑的大面积推广。发展太阳能与空气能相结合的热水供应系统，在节能减排、环境保护和资源保护等方面有着重要作用，是我国现阶段促进清洁能源行业发展的一种重要方式。太阳能热水器利用太阳能辐射热量加热水，空气能热水器则利用空气中的热量加热水，两者均属于清洁能源热水器。智能化技术可以进一步提高太阳能空气能热水器的整体效率，提升用户使用体验感。智能化太阳能空气能壁挂式热水器结合太阳能、热能和壁挂式热水器的特点，拓宽了太阳能热水器的使用条件，解决了低楼层住户不方便使用太阳能热水器的问题，并且太阳能空气能热水器外观精美，能与建筑景观融为一体，适合在大中城市推广应用［1］。在前人对阳台壁挂太阳能-空气源复合热泵系统［2］、平板型阳台壁挂式太阳能热水器［3］、智能控制系统在阳台壁挂式太阳能热水系统中的应用［4］等研究的基础上，本文以智能化太阳能空气能壁挂式热水器为研究对象，探讨其设计、控制过程中相关技术应用及未来技术的发展趋势，提出优化建议，以期为未来热水器与人工智能、物联网等新技术相结合的研发工作提供借鉴。1市场状况随着人们消费需求的多样化及网络信息基础设施建设的完善，家电的智能化已成为家电行业新的发展方向。从消费者体验和使用的角度来说，无论是一二级市场还是三四级市场，智能化热水器都大有可为。2021年，全球智能太阳能市场总规模达到1257.28亿元，中国智能太阳能市场规模达到374.29亿元，占全球市场总份额的29.77%。预计2021—2027年，智能太阳能市场将以15.16%的复合年增长率稳步增长，预计到2027年全球市场总规模将达到2959.24亿元。中国太阳能热利用专业委员会发布的《2022年中国太阳能光热行业运行状况报告》指出，太阳能热利用产业依然朝着平板化、模块化、智能化方向发展。在此背景下，智能化的节能环保热水器将占据更大的市场份额。2太阳能空气能壁挂式热水器的结构设计太阳能空气能壁挂式热水器是一种集太阳能和热泵于一体的清洁能源产品，在气温比较低的时候，可以利用平板集热器吸收的热能解决热泵的除霜问题，还能在一定程度上解决热泵换热不足的问题。在结构上，太阳能空气能壁挂式热水器主要由平板集热器、热泵和保温水箱3个部分组成。平板集热器主

太阳能热泵热水系统

摘要：近年来，随着我国经济的不断提高，城乡建设迅速发展，能源的需求及耗费量巨额增加,充分利用和开发可再生能源——太阳能、空气热能等新能源势在必行。本文提出了一种太阳能－热泵中央热水系统形式，介绍了其工作原理和各组成部分的设计要求以及工程应用实例。是一种实用的环保节能技术，具有一定的推广应用价值。

关键词：太阳能 热泵 辅助加热 热水系统

Abstract: in recent years, as the economy continues to improve, urban and rural

construction and rapid development, energy demand and consumption huge increase,

make full use of and the development of renewable energy sources such as solar

energy, air heat energy, new energy is imperative. This paper puts forward a kind of

solar energy heat pump hot water system of the central form, this paper introduces the

working principle and the design requirements of each part and examples of

engineering application. Is a kind of practical environmental protection and energy

saving technology, has some of the application value.

Keywords: solar energy heat pump hot water system auxiliary heating