太阳能热水系统控制及原理

太阳能热水系统控制及原理
一、智能型太阳能、热泵互补热水系统原理说明：
注：进水在集热器入口，集热循环水泵出口，集热水箱底部出水供
用户使用。

太阳能供水系统原理说明
新能源太阳能中央热水器由以下四大部分组成：
太阳能集热器：吸收太阳能，将光能转化为热能，使冷水在集热器内被加热；
保温水箱：储存热水，可保温3天，内胆为不锈钢，外包8厘米保温层，最外层是铝合金外壳；
热泵辅助加热系统：用于阴雨天辅助加热；
供热水管道：将经过增压泵加压后的热水引向各用水点，主管道有保温层，未端有回水管。

晴天，当太阳能把集热器内的冷水加热至55℃时（该温度可调），冷水管上的电磁阀门自动打开，冷水被自来水压力压入集热器内，集热器内的热水被挤出，然后进入到保温水箱中储存待用，当冷水到达集热器出口处的温度探头时，探头温度底于55℃，电磁阀门就立刻关闭，冷水停留在集热器内继续被太阳能
加热，2-5分钟后，水温又达到55℃时，电磁阀门再次打开，集热器内的热水又被挤到保温水箱中，按此规律，一次又一次的产生热水进入水箱，水箱内热水逐渐增加，一直增加到水箱水满为止。

水箱水满后，就停止进水，如果还有太阳，为了充分利用太阳能，循环泵会自动启动，把水箱内55℃的热水抽出来，经过太阳能集热器循环加热，使水温进一步升高至60-70℃，当水温达到70℃时，就停止循环加热，限制水温不要超过70℃，以免烫伤人，又可防止结水垢（产生水垢的温度条件是水温超过80℃）。

热泵加热系统只有在太阳能光照不足时才启动，为最大限度地利用太阳能，减少电能的消耗，我们将设定3个时间段检测保温水箱的水位。

在上午10：30～11：30，如果保温水箱内热水水位还不到40%的位置，则自动启动热泵加热系统，往保温水箱补充50℃的热水，如果水位达到设定值，则热泵系统停止工作。

同样，在中午12：30～1：30，系统自动检测保温水箱70%的水位，在下午3：30～6：30，系统自动检测保温水箱100%的水位。

从以上我们可以看出，系统在3个设定的时间段（可按需要设定多个时间段）会自动探测保温水箱的水位，如果水位不够，才启动热泵加热（表明此时太阳光照不足或是阴雨天），反之就一直用太阳能加热（晴天），而不会启动热泵，这样我们便能最大限度地优先使用太阳能。

备用电加热系统一般情况下不会启动，在寒潮或用水量突然增大时，系统自动检测保温水箱的水温，只有当保温水箱的水温低于50℃时，才启动电加热，将水加热到50℃，从而保证热水的温度处于一个较稳定的范围内。

晚上用热水时，热水水位逐渐下降，冷水不会进入水箱，水温是恒温的，按照设计热水是够用的，晚上就不再启动热泵加热了，当水位降至最低水位时，热泵系统自动启动，往保温水箱补充少量热水，保证一直有热水用，要用多少就加热多少，水位会一直维持在最低水位状态，这种控制方法最省电费
三、传统太阳能热水系统介绍：
传统的太阳能热水系统（现在还有不少厂太阳能家在使用，但佳能通已不使用），对比单纯的电（燃油炉）加热，虽然也可以节省一部分电（油），但是使用不够方便，在某些情况下还会浪费电（油），因此是不完美的，其详细工作原理请看以下分析：
传统太阳能、电（燃油炉）辅助加热系统工作原理说明：
传统的太阳能热水系统，是由太阳能集热器、保温水箱、电（燃油炉）辅助加热系统、供热水管道四部分组成，而且用浮球阀控制水位，水位是一直保持满箱的状态，早上是满箱的冷水。

晴天，太阳能把集热器内的冷水加热，热水密度小，会浮起来，水箱的冷水密度大，会沉下去，形成自然循环，整箱的冷水被慢慢的循环加热，水温逐渐升高，水温从20℃、25℃、30℃、35℃、40℃慢慢上升，一般情况下，在早上、
上午，水还不够热，没有热水用，要在下午以后才有热水用，这是一个缺点，这不适合早上、上午要用热水的客户。

晚上用热水时，冷水同时会自动进入水箱底部，也就是说一边用热水一边进冷水，冷热水在同一个水箱内，冷热水交界面会相互传热混合，导致水温逐渐下降，开始用水时很热，后来越洗越冷，最后会有20%的热水变成温水，不够热，不能用，甚至浪费了热水。

若当天晚上剩余半箱热水，则水箱底部就会有半箱的冷水，第二天早上变成一箱的温水，无法使用，若当天热水全部用完，还不够用，则无法再提供热水。

下雨天时，因为没有太阳能，水箱里的水是冷的，到下午3点，电（燃油炉）辅助加热系统会自动启动，把整箱冷水加热至50℃，若当天热水用不完，就会浪费电（油）；若当天热水不够用，就没有热水用了。

因为用电（燃油炉）加热满箱冷水，要等待很长时间，大约2个小时，而且加热就是整箱水全部加热，用不完就浪费大量电（油）费。

综合以上分析，传统太阳能热水系统有以下四个主要缺点：
①、因为利用太阳能把整箱水循环加热，升温缓慢，早上、上午水不够热，没有热水用；
②、用浮球阀控制水位，用热水时，水箱一边出热水，一边进冷水，冷热水相混合，水温越洗越冷；
③、热水不够用时，无法再提供热水；
④、下雨天，用电把整箱水加热，用不完时就浪费电（油）
四、太阳能中央热水系统原理：
太阳能中央热水系统运行原理
工作原理
温差强制循环：在保温水箱与太阳能集热器出水口端分别安装有测温传感器TE1、TE2。

白天，太阳出来后，集热器吸收阳光，里面的水温逐渐升高，当集热器与水箱温差（TE2-TE1）大于一设定值（通常为6℃）时，循环运行温差控制仪的触点闭合，太阳能循环泵启动。

这时，水泵从保温水箱底部抽冷水送往集热器，集热器内的热水流入保温水箱，直至温差（TE2-TE1）低于一设定值（通常为2℃）为止，太阳能循环泵停止，冷水留在集热器内。

集热器吸收阳光，继续把水加热，按此方式循环，直至整个水箱内的水均被加热。

为保证恒温供应热水，本系统设有定时补水装置，在供热水时，补水装置关闭，避免冷水进入，降低保温水箱内热水的温度。

为达到定时供应热水的目的，供水管道上装有电磁阀，电磁阀的启闭受时控器控制。

用户可根据作息时间自行设定热水供应时间。

阴雨天，太阳辐射不够，水温上不去时，在设定的时间（通常是上午8:30），系统自动检测温度传感器TE1、TE2，若温差（TE2-TE1）低于设定值，太阳能循环泵无法启动，则系统自动启动辅助加热系统（热泵机组）工作，加热水箱内的冷水。

以保证全天候供应热水。

若太阳又有了，则测温传感器TE1、TE2温差值（TE2-TE1）达到设定值，则太阳能循环泵启动，热泵自动停止运行，又进入太阳能温差强制循环环节。

这样的设计可以充分利用阳光，尽量减少辅助加热系统（热泵机组）运行，以达到最大程度的节省能源。

新能源太阳能中央热水系统原理图
当前在宾馆酒店等各种商业场所中，大都是在四五年以前装有太阳能热水系统。

此系统在冬季和阳光不足时间段（全年合计约120-160天）无法正常工作，且弊端很多，产热水完全依靠电辅加热管在水箱中直接加热，耗电量极大，而且不安全容易导致水中带电，加热管老化及损坏周期很短，最多使用一年就得更换，使多数用户在效益、效果及营业工作等方面受到了严重损失。

针对这种情况格力空气能热水机组通过系统优化设计，利用原有太阳能系统的所有辅材配件，进行科学组合配套，形成一种投资较少、改造施工简单，且又高效节能的热水系统新模式—格力空气能机组和太阳能联用模式。

完全解决了太阳能系统的弊端，实现了优势互补。

格力空气能机组和太阳能联用模式安装示意图：
空气能热水机组和太阳能热水系统联用，是目前商用热水工程项目中最为节能组合方式之一，基本实现全年200天（太阳能系统工作）免费使用热水，160天左右使用空气能热水机组辅助加热热水，效果明显、高效节能，产一吨水仅需9度电左右，这种联用模式可在原有太阳能系统中直接配用空气能机组进行改造，施工简单，投资较少，高效节能；因
此受到太阳能热水系统改造项目的青睐和追捧。

格力空气能机组和宾馆酒店原有太阳能热水系统联用方案可行性分析及节能效果预测和对比：
以用户原有10吨正在使用的太阳能热水系统为例：可以选配格力空气能高温直热机组KFRS-39ZM/B1S(十匹)一台联用，该机组功率：8.8KW/小时，年平均产热水为1吨/小时.
一、分析该项目如果采用格力商用“空气能”热水机组和原有太阳能热水系统联用模式预算:目前已有十吨太阳能热水系统，基本上可达到全年200天免费使用热水，160天左右使用空气能热水设备，机组功率为8.8KW/小时，每小时耗电量为8.8度，平均每天工作10个小时则用电88度，即160天仅需14080度电。

另配有9KW的电辅（冬季应急使用，时间按最长80天，每天10个小时计算）年用电量约为7200度。

本模式下系统全年合计用电量约21280度。

二、分析该项目如果全年使用空气能机组预算（几年后太阳能老化无法正常使用的）：机组功率为8.8KW/小时，每小时耗电量为8.8度，平均每天工作10个小时则耗电约88度，年耗电量总计约为32120度。

另配有9KW的电辅（使用时间80天，每天10个小时）年用电量约为7200度。

本系统全年合计用电量约39320度。

三、分析如果继续用10吨太阳能热水工程预算：按照行业标准需要配60KW电辅（每吨配6KW电辅），当气候条件不具备时平均每天按最低算需用8小时电辅，则每天耗电量为480度，根据济南市的气候参数全年按最低计算需要启动电辅的时间约为100天（冬季12月、1月、2月，有2/3的时间需要启动电辅，另外时间至少约全年有40天需要启动电辅），年耗电量总计约为41、设计参数
年平均日太阳辐照量：13.316MJ/（m2.日）
初始水温：10℃，热水水温：60℃
太阳能保证率f=0.5
集热器平均集热效率：0.5
管路及水箱热损：0.25
水的定压比热容：4.187KJ/Kg. ℃
集热器面积：1356m2
每日平均产水量：60-70m3
2、平板太阳能系统
整个综合楼的热水供应分为三个区供水，分别是低区、中区和高区，其中低区共应用太阳能集热器420平方，中区共应用516平方，高区共应用420平方，合计1356平方集热器，集热器的安装倾角与水平面夹角为30度。

3、系统原理图
本系统参照图集《06SS128 太阳能集中热水系统选用与安装中》的强制循环间接加热系统原理图（双罐）运行
4、实际运行图及运行说明
运行说明：
A、集热循环控制：
1：当集热器温度探头T1温度大于储热水箱温度探头T3温度7度(可调)时，集热循环泵P1、P2启动，通过板式换热器将集热器中的热能转换至储热水箱中；当集热器温度探头T1温度大于储热水箱温度探头T3温度3度(可调)时，集热循环泵P1、P2停止运行。

2：当储热水箱温度探头T3温度大于50度时，集热循环泵P1、P2停止工作，防止热水过热。

B、水箱水位控制：
储热水箱使用自动补水形式。

1、在太阳能光照满足要求时，打开电动阀5，关闭电动阀6，起动太阳能预热循环泵7，贮存太阳能预热热水，供水时经燃气热水器加热供应热水。

2、在太阳能光照不满足要求时，打开电动阀6，关闭电动阀5，起动燃气预热循环泵8，贮存燃气热水器加热热水，供水时燃气热水器根据出水温度自动启闭。

5、热交换机房系统图
低、中、高区热交换机房系统展开图6、热水系统主要设备明细表
三、系统安装及使用效果
该太阳能系统每天提供60-70吨的热水，每年将节约标煤210吨，减排二氧化碳518.7
吨，减排二氧化硫4.2吨，减少粉尘排放量2.1吨，具有良好的节能减排效果。

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牌的价值。

8000度。

系统设计
用户要求：以低碳、节能、多能互补的供热系统为餐饮、办公室、客房提供安全舒适生活热水。

设计思路：采用真空管型太阳能集热系统＋空气源热泵辅助热源＋热水定时循环系统，每天提供充足的生活热水≥50℃，24小时供应生活热水。

由于主楼屋面存在高低两个平台，可用面积只能安装少量太阳能集热器，故采用在低层平台上方搭建槽钢基础，槽钢基础平面与高层平台屋面等高，将空气能主机与水箱安装在低层平台，将太阳能集热装置安装在高层平台和槽钢基础上，这样既增加了太阳能的摆放面积，也为空气能主机和水箱留下宝贵的安装空间。

太阳能＋空气能系统设计图：
双水箱设计：
恒温舒适，能恒温提供生活热水，解决太阳能热水器热水忽冷忽热的问题。

市场应用分析：
此项目中太阳能与空气能热泵相结合互为辅助，保证了全年全气候供热，在实际运行过程中节能效果显著，环保和减排效果也很好。

太阳能和空气能热泵集成供热系统方案是近年来中央热水系统热源设备发展的新动向，且太阳能与热泵的集成有两种考虑模式：一是以太阳能加热为主，以空气能热泵加热为辅，前提是建筑允许放置太阳能集热板，有足够的面积;二是以空气能热泵加热为主，太阳能加热为辅，此种模式是为了使空气能热泵在低温环境下还能高效、稳定、可靠运行，用太阳能作为其辅助热源或直接加热热水箱内的水或提供预热。

小结
随着世界能源的日趋紧张，节能热水设备成了热水设备行业发展的焦点。

太阳是免费的能源，空气也无处不在，它们是一种清洁的可再生能源。

太阳能＋空气能热泵热水机是一种可持续发展的“绿色装置
”，可以解决燃油、燃气热水炉在城市发展的困境，对解决当前中原地区严重的雾霾起到了关键作用。

洋溢阳光通过资源整合，优势互补，加大结构调整力度、提升技术实力，以资源节约型系统充分满足用户热水的舒适性、可靠性、节约性等需求。

众多新能源行业企业也开始调整产品结构，用更高端、更节能的产品替换低价低端产品。

而太阳能集热器+空气源热泵热水系统同从用户节能、舒适、快捷等多角度为客户考虑，是未来集中式热水系统市场的发展方向。

故障原因排除方法
不出水1、水箱无水
2、管路接口脱落或堵塞
3、在冬季时，上下管冻结
4、上下水阀门漏水，且自来水管长，
造成水回流
1、将水箱上满水
2、重新接好或疏通管道
3、太阳能出来后自行化开，寒冷地区
可加装排空阀或电伴热带
4、更换新阀门
不上水或溢流管不出水1、停水或水压太低
2、管路接口脱落或破损
3、上水阀门失灵（未打开）
1、待水位高时上水
2、重新接好水管
3、更新新阀门（打开）
水温不高1、新装的热水器日照时间不够
2、上下水阀坏了或未拧紧，冷水不断
进入水箱，顶出热水
3、日照不好或冬季阳光辐射能量不足
4、上下管路未保温，冬季环境温度太
低热散失严重
5、热管破损漏气，热散失快
1、增加日晒时间
2、更换新阀门或拧紧
3、增加日晒时间
4、加装保温箱
5、更换集热管
水温忽冷忽热1、自来水压力比热水压力大
2、自来水压力波动
1、先开冷水微量，再开热水进行微调
2、洗浴时不要打开另外的自来水阀门
水温太高，不能调温自来水压力太小待水压高时洗浴，或放水到浴缸内冷却后再洗浴
打开上水阀时自来水管外
壁热
水压太低，热水回流待水压高时补水，或加装专用单向阀
喷头出水不大1、热水器水箱或喷头压差小，混水后
压力小
2、喷头孔眼小且少，或有杂质部分堵
塞
1、降低喷头高度
2、换喷水质量大的喷头或清理喷头
如何辨别真空管质量优劣
[2010/7/6 8:58:28]
真空管的好坏是影响太阳能使用寿命的关键，消费者在选购太阳能热水器时，辨别真空管质量的优劣主要看外管，优质真空管应当是：
①表面光滑干净，没有斑点，而且没有划痕（划痕太多，会影响集热效率和美观）。

②膜层应当是黑色或蓝黑色彩，整体色差小，但黑色并不一
定代表真空管的质量好，因为有的厂家为掩盖杂色，往往把膜层做成纯黑色。

况且黑色也可能发射率高，在高温状态下，发射率大大增加。

实际上，真空管在颜色上存在一定的误差是不可避免的，这并不影响真空管的吸热效率。

③消气镜面完整光亮：
④管口处：膜层距管口约1.5cm的真空管，为高温真空案，耐高温、抗衰减性特别强，普通管，这段距离一般在2.5cm左右。

（因为在真空管封口时，在800℃以上的高温状态下，管口处的部分膜层被烧掉、消失是不可避免的，因此，管口处的这段距离并非越短越好，只要在适当的范围内就可以了。

）
⑤用肉眼看，内管颜色为暗红色，说明他的金属底层是铜（铜得热效性及稳定性较高）
⑥优质真空管一般可以使用15年以上。

1．配管施工时，输水管内可能沾有尘埃或油味，首次使用时可放松水龙头先排除杂物。

2．集热器下端的清洁排除口，依使用水质状况作定期的排放，排水时间可选于早上集热器较低温时。

3．集热器透明盖，依地区落尘量而作定期的擦试，下雨时能起到自行清洗，保持表面清洁可得到较高的集热效率。

4．连续晴天多日不使用热水时，其热水温度可达70℃~80℃，请小心烫伤。

5．水龙头出口端有滤网装置，水管内的水垢杂物会聚集于此网，应
定期自行拆下清洗，可加大水量流出顺畅。

6．太阳能热水器每一年半到两年就需要进行清洗、检查、消毒，用户可请专业的清洗公司进行清洗，平时也可以自己动手做一些消毒工作，如用户可买些含氯的消毒药剂往进水口中倒进去，让其浸泡一段时间，再放出，能起到一定的消毒杀菌效果.
1、需要清洗的主要是真空管
2、可以把所有的真空管拔下，在无水状态下太阳暴晒，会自然脱落。

3、也可以加入少量酸性液体溶解、化学反应。

太阳能+空气源热泵解决方案
太阳能与空气源热泵热水机组结合的优势
太阳能作为一种丰富廉价的资源，由于受到季节、天气的影响不能够提供连续稳定的能量，无法满足人们舒适性的要求，为此，在太阳能辅助加热的选择上，先后经历了燃气、燃油和电加热过程，由于这些加热方式在太阳能资源不是很丰富的地区需要付出高昂的运行代价，而且有些程度造成严重环境的污染，这一点与现代人崇尚自然、节约能源、保护环境背道而驰，为此我们采用空气源热泵热水机组全年节能80％以上，取代高能耗的辅助加热方式，大幅度降低了能耗节约了能源减少了运行费用。

整个系统可以分为两个部分，第一部分为太阳能集热系统，第二部分为空气源热泵机组；太阳能集热系统能量不足以满足需要的部分热量由空气源热水机组提供，而空气源热水机组运行费用仅仅为电辅助加热的1/4。

太阳能+热泵综合热水系统由太阳能集热器、热泵机组、保温水箱、控制系统、水泵组成。