[发明专利]太阳能热水系统的自控温水箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水系统的水箱，特别是一种能明显提高水箱冬季储水的日升温幅度，并限制夏季储水温度超高的水箱，属于太阳能运用领域。

背景技术

现有太阳能热水系统主要由系统集热器、各种传感器、电控制系统和水箱等组成，其水箱储水量是以国标“GB 50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范”中4.4.2的推荐值设计。因各地区太阳辐照能量相差较大，故导致热水量的取值范围也较大为1.2～2.0M²/100L(1.2～2.0平米/100升)，当地辐照能量越大则取值越小。如江苏地区每100L热水量的系统集热器面积推荐选用1.8M²(即每平米系统集热面积产55.6升热水)，其值的意义在于每百升水的集热面积取值越大，则冬季储水日升温幅度也越大，所需辅助加热能耗越少，也越节能。水箱储水可供使用人数以保证冬季人均50L热水用量计。

现太阳能热水系统的集热器绝大多数采用目前热效最高的“真空玻璃集热管”组装，根据国标“GB/T 19141”得系统的集热效率应≥38.23％，实测“真空玻璃集热管”组装的热水系统的热效为40％～45％。但因标准和实测中都包含了其管内存水所占用的能量，而这部分管内存水的能量却不能被使用，则扣除管内存留能量后的最大实际集热效率仅为35％(如100M²集热器需用φ58mm×1800mm真空玻璃集热管725根，单根管内的留存水量为2.7Kg，总量将高达1.96吨，可配备水箱容量为5～8吨。)。

由于，太阳的日平均辐照能量冬夏季间相差近倍，以南京为例，冬至前后的日辐照量接近17MJ/M²(17兆焦/平米)，按35％的实际集热效率以标准推荐值1.8M²/100L设计的水箱，其冬季储水日升温仅25.6°，自来水水温为7℃，当日水箱储水温度为32.6℃，洗浴用水则需45℃，故对于天天需洗浴用水的系统，冬季则仍依赖于辅助加热补足。而夏季太阳的日辐照量可达30MJ/M²，储水日升温45.2°，夏季自来水温度为25℃，当日水箱储水温度将高达70.2℃，因夏季洗浴用水仅需40℃，且洗浴用水量较冬季少，即使人均洗浴用水量仍以冬季的50L计，实耗水箱储存热水则降低到18.45L/人，仅占水箱储水量的三分之一，使水箱夜间补入自来水后的水温仍达61.9℃，导致水箱储水第二天即会沸腾。故江苏地区的实际取值只能大大小于1.8M²/100L。

由于，水箱上的聚氨酯发泡保温层长时间处于高温下易产生收缩，使保温性能降低，过高的水箱储水温度亦会加速系统集热器上大量使用的橡胶密封件的老化，且高于60℃的热水将加速集热管内结垢，这些均对太阳能热水器的热效率和可靠度造成严重影响，同时过高的水温在夏季洗浴调节水温时也易于造成烫伤。故在太阳能热水系统的招标中，招标方均对水箱储水最高温度提出了限定，一般为不大于60℃，导致现江苏地区的水箱储水量实际是按1.43M²/100L即每平米系统集热面积产70升热水设计，造成冬季水箱储水日升温降低到20.3°，当日储水温度仅达27.3℃，加之夜间储水的温度下降，则须连续二天的大晴天才能勉强达到冬季洗浴用水45℃的温度要求。冬季每吨45℃的热水需耗电44.14千瓦小时，对于天天需洗浴用水供应的宾馆、医院、部队、院校等，不计入阴雨天的辅助能耗，太阳能只提供了其中53.4％的能量，其余46.6％的能量则需依赖于其它辅助加热系统，增加了一次性能源消耗。到了夏季，储水日升温为35.9°，当日储水温度仍达60.9℃，人均日耗储存热水量为29.25L，达储水量的42％，水箱52％的余留储存热水在补入自来水后的水温则达50.4℃。导致只是测试当日储水温度达到招标要求，而夏季实际水箱的储水温度仍可达80℃以上。故江苏地区按1.43M²/100L左右储水量设计的太阳能集中供热系统水箱，仅能避免夏季水箱储水经常性的沸腾烧开，并不能克服其它缺陷，但却使冬季水箱储水需用的辅助加热能耗占比由按标准设计的32.6％增加到46.6％，降低了太阳能热水系统的节能效果和经济性。

发明内容