工業設計論文發表期刊推薦《中國高新技術企業》，《中國高新技術企業》雜志是國家統計局主管的國家級科技期刊，國際標準刊號ISSN1009-2374，國內統一刊號CN11-4406/N，郵發代號：80-930，大16開本，1994年創刊，宋健同志題寫刊名。是中國核心期刊（遴選）數據庫、中國學術期刊綜合評價數據庫、中文科技期刊數據庫、CNKI中國期刊全文數據庫、萬方數據庫、龍源國際期刊網等全文收錄期刊。

　　摘要：作為一種新型能源，太陽能是一種不會造成任何污染的、取之不盡的綠色能源。現階段，國內各個領域已經普遍使用太陽 能作為其主要能源，國家也大力鼓勵在國內建設太陽能的一體化使用。筆者以上海一家別墅區的太陽能熱水系統作為例子，詳細介紹太陽能熱水系統從設計到應用中 的一系列問題。

　　關鍵詞：太陽能,綠色能源,太陽能熱水系統

　　0前言

　　上海市每年接收的平均太陽輻射總量是4521MJ/(㎡*a)，根據我國太陽能資源帶的分類標準，上海市屬于國內的三類地區。這一條件為太陽能 熱水系統的研發和利用提供了良好的基礎保障，同時國內對太陽能的利用較為重視，太陽能技術也成功躋身世界領先行列，所以這也為太陽能熱水系統提供了良好的 技術支持。但是上海的別墅區對太陽能熱水系統的利用率相對偏低，其根本原因在于熱水器與別墅不能美觀的搭配，沒有適合的安裝位置。因此在新型別墅的設計 中，就要將太陽能熱水系統考慮進去，為實現國家的低碳環保作出貢獻。

　　1工程實例

　　上海市吳涇鎮嘉怡水岸聯排別墅緊鄰紫竹科學園區，開發商為香港嘉華國際集團。聯排別墅作為一期工程，主要的設計任務還是由來自于澳大利亞、加拿 大的專業團隊完成。聯排別墅中的每一套均有獨立的太陽能熱水系統，筆者結合該別墅區的太陽能熱水系統的設計安裝資料，簡要探討系統的實際應用以及經濟效 益。

　　2太陽能熱水系統設計的內容

　　2.1太陽能熱水系統設計的原則

　　第一，太陽能熱水系統必須具有安全可靠實用的性能。

　　第二，要充分的考慮到天氣的變化：當太陽能充足的時候，選擇使用太陽能作為能源；當太陽能不足的時候，再運用其他能源代替，例如電能、燃氣等。

　　第三，太陽能熱水系統須具有操作簡單方便的特點。

　　第四，太陽能在別墅中安裝的位置要合理，既能保證充分的接受光照，還要方便維修，同時，要充分考慮到太陽能熱水系統的安裝要與別墅相協調，不能破壞建筑的美觀性。

　　第五，控制好太陽能熱水系統的成本，爭取最大限度的實現其性價比最高。

　　2.2太陽能熱水系統的設計

　　太陽能熱水器可以依據集熱器同水箱的位置關系而進行分類，主要有分離式和緊湊式兩種；若依據加熱方式的不同來分類，可以有間接加熱和循環加熱兩 種；從水流循環的角度來看，則又可以分為強制循環和自然循環兩種。在本次別墅熱水系統的設計和安裝中，都是將太陽能配以燃氣熱水系統作為輔助加熱，集熱板 放在屋頂，儲水箱放在地下室。此為分離式直接加熱強制循環系統。設計中將水箱同集熱器進行分離，主要是為了方便修理維護工作的開展，這也將減小對別墅立面 的影響。為了防止在熱水出來前有涼水的浪費，設計中有使用到水泵進行強制循環。

　　2.3太陽能集熱器的選擇和計算

　　參考集熱器的面積計算公式：

　　本式中各個參量：Ac即為需要的集熱器面積，單位m2；qrd即為原始設計的日用熱水量，單位L/d；tf為水箱內的設定水初溫，單位℃；tc 為水箱內的設計問題，單位為℃；f為太陽能接收有效率；Jt為集熱器單位面積上獲得的日平均太陽輻射；η是集熱器的熱能轉化效率，通常的取值范圍是 0.25~0.5；ηL是傳輸管路的熱能損失率，通常設定為0.2~0.3；ρr表示的是加熱后的熱水密度；C為比熱容，固定值4.187；將所有數據帶 入公式，計算得出Ac，即為集熱器的總面積。

　　2.4太陽能熱水系統設計的要求

　　第一，將熱水系統分成兩個獨立的回路，確保用水過程的安全。

　　第二，充分考慮到天氣等原因對太陽能利用的影響，配合輔助能源，實現24小時供應熱水。

　　第三，系統應該充分考慮到夏天以及冬天的氣溫差異，做好防凍、防炸管的處理工作。

　　第四，要利用現代化技術，實現熱水系統的智能化控制。

　　2.5常用的太陽能熱水系統及其特點

　　第一種，真空管太陽能熱水系統。其特點是：其一，實現分體循環的工作模式；其二，能夠適應別墅——熱水器一體化的要求；其三，其真空管是用金屬 玻璃材料制成的，其具有很好的導熱性，能夠實現高效率的吸收太陽能中的熱量；其四，系統設備中的儲水裝置維持水質干凈不被污染；其五，用金屬玻璃制作成的 真空管，其強度大，在夏天高溫的情況下保證蓄水不會導致真空管炸裂，在冬天低溫的情況下能保證真空管不會因低溫受到破壞；其六，整個太陽能熱水系統構造簡 單，安裝方便；其七，相比傳統的真空管，這種新型的真空管具有不易固結水垢，其密封性好，不易使沙土進入其中導致阻塞，避免了定期清洗管道的繁瑣程序。

　　第二種，空氣熱源泵熱水器的工作原理類似與空調的原理，即是利用熱力的循環，從空氣中獲取一定的熱量，通過壓縮設備，將熱量源源不斷的注入水 中，從而為用戶提供熱水。這類熱水器具有以下特點：其一，需要一部分電力作為動力；其二，不單單是以太陽能作為能源；其三，這類熱水器操作方便，其內置電 腦芯片，可以實現自動控制，最大程度的節省電能；其四，安裝位置不再受太陽照射位置等條件的約束；其五，實現熱水系統的全自動運行，加熱迅速，且其儲水能 力較大。因此其成本以及使用費用相對較低。

　　3效益比較

　　現今大量使用的有以下幾種熱水系統：太陽能熱水系統、太陽能配合熱泵熱水系統、太陽能配合電力熱水系統、太陽能配合燃氣熱水系統、電熱水器、燃 氣熱水器。在不考慮用電高峰期和低谷期電費不用的情況下，太陽能配合熱泵的熱水系統是最經濟的，其次是太陽能配合燃氣熱水系統，往后依次是熱泵熱水系統、 燃氣熱水器與太陽能配合電力熱水系統，最為不經濟的是電熱水器。

　　在綜合電費差價以及燃氣價格波動的情況下，再進行經濟分析。如果用電高峰期的電費按照每度電0.65元、低谷期電費每度0.35元計算，燃氣的 價格按照每立方米4.0元的價格計算，太陽能配合熱泵熱水系統依然是最經濟的，電熱水器依然是最不經濟的。在本次設計中，采用的是太陽能配合燃氣熱水系 統，兩者之間的差距大概在每年2000元左右。

　　4結束語

　　在設計并制造太陽能熱水系統的相關設備的過程中，要嚴格遵守以太陽能為主要能源的原則，而且用其他能源作為輔助的時候要充分考慮到其安全性，所以制造出來的太陽能熱水器應該實現智能控制的模式，增加其安全系數。

　　雖然當前已經有越來越多的住宅使用了太陽能熱水，但是限制于技術以及其他方面的原因仍不能得到廣泛普及。我國未來對清潔能源的開發利用將大力推動和扶持太陽能熱水系統，相信在不久的將來，太陽能技術將為人類社會帶來更多貢獻。

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