阳台式太阳能热水器热性能测试分析

陈焕懿 韦 瑛

（南宁红菱能源科技有限公司，广西 南宁 530003）

前言

环境污染与能源危机是当今社会的两大难题，解决环境污染与能源危机是全人类的共同课题。随着国家绿色居住计划的进行，在建设低碳生态城市的进程中，绿色建筑将做出重大贡献。在绿色建筑的推广过程中，大力推广节能产品的应用。太阳能与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境，不仅让住户家庭生活得更自然更环保，而且能节能、能减污，对实现社会可持续发展具有重大意义。太阳能作为一种免费、清洁的能源，在住宅建筑中的利用，将关系到可持续发展的战略，可谓意义深远。太阳能与建筑的结合，也在住宅建设中越发呈现出其不可替代的地位，并成为住宅建设中的一个最新发展趋势，但是城市在不断发展，可利用土地资源越来越小，使得现今住宅基本上是高密度高层的建筑。这影响着目前最节能最环保的可再生能源产品太阳能热水器的推广应用，即给常规的太阳能热水器在高层建筑安装带来极大的困难。为了弄清在广西地区的气候条件下，阳台式太阳能热水器的全年运行的热性能，我们从2013年初开始建立了阳台式太阳能热水器的测试装置，针对阳台式太阳能热水器全年运行的热性能，进行了一年多的连续测试分析研究。整理分析了全年测定获得的数据，得出了测试分析研究的结果，为阳台式太阳能热水器在广西的开发和推广应用提供了可靠的参考数据。

1 试验装置

试验装置为一套2m2阳台式太阳能热水器装置，由集热器、储热水箱、连接管道、自动控制器等组成装置，其结构参数见表1。

表1 热损失试验数据表

表2 阳台式太阳能热水系统测试

2 测试分析

2.1 为了了解太阳能热水器的热性能，通过以下测试仪器测试：

计算机、RM-ZS1气象生态环境监测主机、总幅射传感器TBQ-2、环境温湿度传感器（带防辐射罩）PTS-3、风速传感器EC-9S、流量计、温度计。

测试前，做好调整仪器等一切准备工作。试验开始时，将辐射表头的罩子揭开，使集热器吸热面与其同时接受阳光的照射，根据测量的数据可进行热量与效率的计算。

太阳能热水系统的热性能通常用日有用得热量、升温性能、日平均效率等指标来表征。在一定的太阳辐照量下，太阳热水系统中轮廓采光面积贮水箱内水的日得热量为

表3 试验装置结构参数表

日平均效率为

式中：

Qs为储水箱内水的日有用得热量，MJ；

CP为水的比热容，kJ／（kg·℃）；

Te为水箱终止水温，℃；

Tb为水箱起始水温，℃；

AC为太阳集热器轮廓采光面积，m2，1.826

G为太阳集热器采光面上太阳辐照量 MJ；

M为水箱的容量kg

储热水箱容量：150kg，立式,有上下两个测温点，放在水箱的1/2分界线位置，上循环管接口低于水箱中心线,

运行方式：温差强制循环；

在2013年4月、8月、11月、12月份对该样机进行4天的测试，结果如下：

由表2可见太阳能热水系统日平均效率超过50%。

2.2 通过拟合，阳台式太阳热水器的得热量表示式为：

2.3 阳台式太阳能热水器平均热损因数

储热水箱热损系数Us和系统平均热损因数USL的关系为：

储热水箱热损系数为：

经试验计算得表3数据

由表3看出，储热水箱热损系数US为1.657，热水器的热失损因数USL为 11.047 W/（m3·K），符 合 国 标关于分离式太阳热水器平均热损因数USL≤ 22 W/（m3·K）的要求，说明热水箱的保温性能较好。

2.4 通过测试，我们对阳台式太阳能热水器在设计上做出二点改进措施，以提高太阳能的效率。

①阳台分体式太阳能热水器的储热水箱与电加热系统采用整体式，加热水箱上层热水对太阳能利用更为合理，更省电，使用更方便且降低成本，能确保一年四季源源不断提供热水。

②阳台式太阳能热水器与辅助能源的空气源热水器设计为一体机，确保全天候提供热水。

3 测试结果分析

经过一年多的测试，选取其代表性的原始数据（见表2）进行热性能计算，并得到了广西地区阳台式太阳能热水器的日平均效率（表2）表明了在不同气候下，广西地区日辐射量的变化。广西地区一天中辐射值较高的时间是中午12：00时左右，从设计上来考虑问题在11：00～14：00时间内应尽量避免有阴影投射在热水器表面上。测得的系统日平均产水量分别为夏季晴好天产50～65℃热水75kg/m2·日。冬季阴天水箱上层温度比自来水温度高出10℃以上。广西地区太阳能辐射强度大，日照小时数在1600～2200小时，一年内能使用太阳能热水器的天数可达280天，少也有240天，年平均天数大约为260天左右。因此，广西发展太阳能热水器大有潜力。

结语

通过进行热性能测试分析，对广西地区的阳台太阳能热水系统在全年的运行中的产水量、热水系统的平均日效率、热损失系数等，有了较为确切的了解，对今后设计阳台式太阳能热水器提供了较为可靠的依据，从而使阳台式太阳能热水器的设计更为合理，对阳台式太阳能热水器的发展打下了基础。

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