太阳能热水系统集中分户水箱的选择

高层住宅太阳能系统分析和搪瓷储热水箱的选配
摘要：
集中集热分户储热系统作为城市高层住宅太阳能热利用的一种有效应用形式，近年来得到了极大的发展。

集中集热分户储热系统集热器统一安装在屋顶或者墙立面，水箱安装在用户家中，靠近用水点。

集中集热分户储热系统对水箱性能要求较高，因此，如何选配水箱成为了一个焦点话题。

关键词：集中集热分户储热 储热水箱 搪瓷盘管
0前言
目前，搪瓷储热水箱的广泛应用在中国大地上催生了众多的搪瓷内胆的水箱制造企业。

因为很多都是近2年才建立的工厂，大家对于水箱的研究方向和着眼点不同，出现了不少搪瓷内胆水箱的形式。

本文就高层住宅太阳能集中集热分户储热热水系统搪瓷内胆水箱和业内人士做一次探讨，以推动太阳能集中分户系统技术方案和设计水平的提升。

1 工程市场应用系统
从2006年开始深圳市出台具备太阳能热水器集热条件的新建12层以下住宅建筑，建设单位应当为全体用户配置太阳能热水器热水系统开始，河北、河南、山东、江苏、上海，相继颁布了太阳能城镇化的应用管理办法，2012年北京市也颁布实施《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》。

太阳能系统的工程应用开始了大面积的推广。

在此期间出现了如下这几种形式的太阳能热水供应系统。

1.1传统直插式热水系统
普通的家用直插式真空管紧凑式热水器阵列组合，串并联连接实现热水的大水量供应。

此种方式以增加家用机的台数实现了更多水量的供应，并没有摆脱原先家用机使用的各种缺陷：其一，系统水箱不承压，热水供应压力很小，供水量小速度慢，舒适性差。

其二，直插式热水器属于直接换热式，真空管破裂会有大水量跑冒，其三，由于是单台的热水器连接，电源线的连接很多，经过长时间使用和维修后，线路非常凌乱很容易发生线路安全隐患，其四，系统还存在防冻、抗风、美观等问题，这些都不容易得到解决。

1.2集中集热集中供热的系统。

这种系统被很多的真空管生产企业接受。

系统采用非承压的真空管集热器阵列组合，循环泵做功促使导热工质在集热器和换热器之间进行循环，将热量传递给非承压的敞开式大水箱，然后再通过泵将热水加压送到热水点。

此类水箱都做的非常大，十几吨，几十吨，有的甚至几百吨。

此种形式优点有：几乎没有入户维修、管道简单且少、大容积储水热损小、多能源互补方
案简单。

但此系统存在三大缺陷：一是热水供热管理不便，计量和收费均是物业不欢迎的，增加后期物业的工作；另外就是热水水压通过水泵加压而实现，这样就会出现热水的压力与冷水不相等的现象，而且系统任何一个点的水压发生变化，用户用水就会出现忽冷忽热的现象。

大容积敞开式水箱的卫生也是难以保证的一个问题。

1.3阳台式分户集热分户储热系统。

集热器安装于阳台外侧，水箱一般安装于阳台内侧。

集热器和水箱近距离管道连接。

系统优势：热水与自来水压力等压供水、每户一套系统无干扰、系统简单造价低、管道短热损少、不存在另外的计量收费。

缺陷：破坏建筑立面外观、维修需要入户。

此类搪瓷内胆水箱以立式夹套结构为主。

1.4集中集热分户储热系统。

集热器全部安装于楼顶，热量储存到储热罐里面的工质。

循环泵把工质注入立管经水箱换热器后循环回到工质储罐。

水箱安装于住户的用水点。

系统优势：不会破坏建筑立面，对建筑的外观几乎没有影响、水箱距离用水点近减少冷水排放以达到节约用水的目的。

缺陷：部分故障需要入户维修、管道复杂系统热损大。

此类系统目前使用的搪瓷内胆水箱形式比较多。

2 集中集热分户储热系统水箱选配
集中集热分户储热系统对水箱性能要求较高，因此，如何选配水箱需要得到业内人士的高度重视。

根据换热形式，搪瓷储热水箱可以分为三大类：盘管搪瓷储热水箱、夹套搪瓷储热水箱、胆中胆搪瓷储热水箱。

2.1 胆中胆
在水箱内部设置一个换热小内胆的为胆中胆搪瓷储热水箱，小内胆又分为两类：不锈钢换热内胆和搪瓷换热内胆。

此类换热器耐受内压和负压的能力都比较强，但是换热面积普遍不大。

另外其还存在结构问题，换热不是十分的充分，换热效率不高。

但胆中胆搪瓷储热水箱因为简单易实现，成本低，因此也被不少企
业用于太阳能阳台壁挂自然循环系统和集中分户系统。

2.2 夹套
在搪瓷内胆的筒体外再加工一层外胆，夹层之间即是传热工质。

这种换热形式换热面积很大，即使使用自然循环形式换热效率依然很高。

因为这个产品的出现和成功应用，才消除了市场对分体式换热效率不如紧凑式太阳能的误区。

但是这个产品结构特点，内胆直径都在300mm以上，加工过程又不可能将内胆筒体卷成正圆，当压力达到一定值时，夹套层之间的压力会挤瘪内胆，造成夹套层耐压能力很弱。

所以有人提出夹套内胆搪瓷水箱不适合做集中分户系统，这是很有道理的。

同时也有人提出来，因为夹套层之间没有做过搪瓷处理，不防腐，传热工质当中含有水，会把内胆腐蚀穿而漏水。

这一点完全就是误区了，传热工质含有水有腐蚀性，但腐蚀性是非常弱的。

大家知道纯水是没氧化性的，而工质中加
的水是去离子水，腐蚀性也很弱。

并且一套自然循环的阳台壁挂系统工质总体量不会超过14L。

氧化总量也非常有限，所以腐蚀不是持续性的。

这样的方案非常成熟，国外的储热水箱储存传热工质的内胆完全不搪瓷，但其性能不受影响，这一点也很好的说明了这个问题。

为了消除业内认识的顾虑，负责任的厂家已经针对2008年安装的水箱拆解分析了，夹层完好无损，传热工质的成分也几乎没有发生变化。

故夹套技术+内置膨胀空间+自然循环+平板集热器是一套安全、稳定、效率很高的系统。

2.3盘管
盘管换热器可以说是当前最被大家所接受的换热形式。

盘管换热面积大，工质管道流动距离远，换热充分。

而且盘管耐压能力强，适合强制循环分体系统。

下面就集中介绍一下这类水箱。

3 盘管换热储热水箱
目前有些人士对于盘管的材料有些争议。

主要纠结于铜盘管的换热器和搪瓷盘管的换热器。

赞成铜盘管的主要认为铜盘管的导热系数高，换热效果好，而搪瓷的基材是低碳钢加搪瓷层换热效果要比铜材的差。

铜盘管表面经过防腐处理可以大大延长换热盘管的使用寿命。

关于这样的说法其实存在很大的误区。

3.1关于换热效率的问题。

搪瓷盘管的材料和表面附着搪瓷导热系数确实低于铜材的盘管，但是在实际产品中可以发现，搪瓷盘管往往做的比较大比较长，换热面积要比铜盘管大很多。

另外搪瓷盘管的通径也比铜盘管的大很多，循环工质的流量也要大。

最终影响换热效率的有循环工质与使用水的温差、工质流量、换热面积、传热系数。

单单的谈传热系数是不能完全说明问题的。

欧洲壁挂炉配套水箱使用的换热形式就是搪瓷盘管，换热功率可以和几十个千瓦燃气壁挂炉匹配。

图示（1），显示了不同条件下的换热功率。

太阳能远远达不到这样的功率，所以大可不必怀疑搪瓷盘管的换热效率。

换热面积 工质温度 单位 功率
流量
1.0m2
生活用水从10℃升到45℃。

不同工质温度对应流量下的换热功率。

80℃ kW 32
l/h 786 70℃ kW 25
l/h 614 60℃ kW 17
l/h 417 50℃ kW 9
l/h 221
图（1）
3.2关于盘管腐蚀问题。

搪瓷盘管表面搪瓷了，做到了防腐。

那么铜盘管表面也做一些特殊的防腐处
理来保证盘管的寿命。

其实这是一个非常大的误区，铜盘管安装在搪瓷内胆里面，铜盘管是不会发生腐蚀的，无需进行表面处理。

真正的问题是，因为有了铜盘管，会加快内胆的腐蚀，影响到搪瓷内胆的使用寿命。

这里面就要讲到金属原电池的化学原理了，当铜和铁（搪瓷内胆基材主要成分）置于酸性溶液中，二者未用导体连接时，铜和铁均会发生腐蚀。

但是当用导线将铜和铁接通时，铜不会受到腐蚀，而铁的腐蚀则大大加快。

这时候如果用电流表检测导线会发现，导线上有电流通过。

电池就是根据这一原理而发明出来的。

了解搪瓷内胆水箱的人都知道，搪瓷内胆水箱必须安装镁棒的，为什么一定要安装镁棒呢，因为镁的金属活泼性要强于铁，利用金属原电池的原理，牺牲镁棒保护内胆。

回到原先的话题，铜盘管安装到内胆中，铁的金属活泼性强于铜，那么牺牲的一定是作为内胆材料的铁了。

铁被腐蚀，那么性能再好的水箱也会发生漏水。

所以铜盘管表面做防腐处理再安装到搪瓷内胆水箱中来延长水箱寿命，能够起到的作用完全是相反的。

3.3 气堵问题。

现在可以肯定，用于集中分户上的水箱应该考虑搪瓷盘管的换热形式。

对于立式水箱的搪瓷盘管水箱应用到集中分户系统是完全没有问题的。

但是真正市场大面积使用的是卧式的水箱。

一些厂家就简单的把立式水箱横置，作为集中分户的盘管水箱。

这里面就忽视了一个非常重要的问题，系统运行在换热盘管中积聚的气体如何排除，也就是我们常说的气堵问题。

图（2）立式的盘管最高点是循环接口，气体可以经过接口排出盘管，但横置的盘管就不行了，盘管的最高点是每一圈的顶点，每一圈都有一个顶点。

气体无法排除，越积越多。

有人提出是气体占据了盘管容积造成了换热效果变差。

其实这也是个误区，真正影响效果的是气体影响了工质的流动，造成流动阻力变大。

集中分户的系统水箱都是并联的，某台水箱阻力变大，其他水箱的循环工质会变大，有阻力的很容易就流量变小。

那么发生气堵的水箱就很少获得热量了。

所以搪瓷盘管的内置形式就需要改变了，图（3）的盘管形式就可以达到立式盘管排气的功能。

图（2）
图（3）
4 小结
太阳能城镇化工程越来越多，带动了工程市场的快速发展。

近几年所配套搪瓷内胆水箱企业也如雨后春笋。

各家企业均需要综合考虑技术方案，在安全、可靠的前提下优化性能。

电气安全、保温节能、热水出水率、疲劳性压力测试均是各家企业需要重点关注的问题。

（江苏迈能高科技有限公司 宦永旺、刘予）。