太陽能(家用工程)熱水器的安裝使用與維修

精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)太陽能(家用;工程)熱水器的安裝、使用與維修目錄前言出版前的話………………………5第一節(jié)為什們要開發(fā)太陽能………………5一、世界能源日趨緊張…………5二、我國資源比較貧乏…………6三、人類生存環(huán)境惡化………6四、太陽能熱利用的可能性……………………6五、太陽能利用的優(yōu)點…………8第二節(jié)、人類開發(fā)太陽能的歷史………………9一、萌芽和理論階段………………9二、太陽能的發(fā)展和受挫階段——1996年前…………………10三、太陽能利用的產業(yè)化時期——1996年—2006…………11第三節(jié)、太陽能進入快速成長期……………11一、太陽能熱水器的普及進入一個新的歷史階段……………11二、我國在開發(fā)太陽能方面走在世界的前列…………………12第四節(jié)、從事太陽能工作的光榮和艱辛——出版本書的目的…………13第一章太陽能的熱利用原理……………………15第一節(jié)、一般家用真空管太陽能熱水器…………………15一、太陽能熱水器總體構成……………………15二、太陽能熱水器的基本參數(shù)…………………16三、家用太陽能熱水器種類……………………16第二節(jié)、真空管…………………17一、真空管集熱原理…………17二、真空管的規(guī)格和派生的產品……………17三、真空管好壞的鑒別…………18四、真空管的基本數(shù)據(jù)…………18第三節(jié)、保溫水箱和支架………………19一、保溫水箱的材料組成………19二、支架…………20第四節(jié)真空管太陽能熱水器的集熱原理…………………21一、太陽能熱水器的集熱原理…………………21第二章太陽能熱水器使用的物理原理………22第一節(jié)、同水位原理……………………22一、兩個裝有液體的容器，在容器與大氣相通的情況下，水面的高度是一樣的?！?2二、同水位原理的引申…………22三、同水位現(xiàn)象告訴我們什么…………………24第二節(jié)、水的壓力原理…………………24一、水和容器的壓力原理………24二、舉例說明……………………25第三節(jié)、水的熱分層原理………………25第四節(jié)、太陽能熱水器的加熱測算……26一、用水量的計算………………26二、水的加熱估算………………26第五節(jié)、太陽能熱水器的安裝與緯度的關系…………27第三章太陽能熱水器的安裝設計及安裝……29第一節(jié)、一般家用太陽能熱水器幾種常用的安裝方法………………29一、手動控制太陽能熱水器安裝圖……………29二、機械式自動進水安裝方案…………………31三、帶太陽能控制儀的太陽能熱水器的安裝…………………33第二節(jié)、太陽能熱水器的安裝方法和的基本知識………34一、安裝中注意的問題…………34二、安裝前的準備工作…………35三、太陽能熱水器的安裝過程…………………36第三節(jié)、幾種較復雜的太陽能熱水器安裝方法………44一、用水泵供水的太陽能熱水器的安裝………44二、用水泵供熱水的太陽能熱水器的安裝……46三、管道循環(huán)的安裝……………47四、兩臺太陽能熱水器的安裝…………………49五、自備水箱用戶的可靠安裝…………………50六、斜屋頂太陽能的安裝………51七、承壓式太陽能熱水器的安裝………………52第四章太陽能熱水器的控制及太陽能熱水器控制器………………56第一節(jié)、水位水溫傳感器………………56一、太陽能水位的控制原理……………………57二、溫度控制原理………………58三、太陽能熱水器常用的水位水溫傳感器……59第二節(jié)、時間階段控制………62一、設定自動狀態(tài)………………62二、其他的時間設定和應用……………………64第三節(jié)太陽能控制儀的保護功能和其他附帶功能……64一、保護功能……………………64二、太陽能自動控制的其他功能………………65第四節(jié)、一些控制部件的原理及使用…………………67一、閥門與開關…………………67二、水泵及自動開關……………68第五章太陽能熱水器的使用、故障排除和維修…………73第一節(jié)、太陽能熱水器的使用…………73一、一般情況下的使用…………73二、太陽能與其他熱水器的配合使用…………73三、對已經出故障的太陽能熱水器的維持使用………………76第二節(jié)、太陽能一般常見故障和排除方法………………77一、太陽能水箱漏水……………77二、太陽能熱水器沒有水下來…………………79三、太陽能水箱無法上水或者無法上滿水……80四、熱水不熱或不夠熱………81五、出水壓力不夠………………82六、用熱水時放出的冷水太多…………………82第三節(jié)、電氣部分引起的故障的排除…………………83一、電加熱不起作用……………83二、一些用電器的故障及判斷…………………85第四節(jié)、典型故障的查找和排除………86一、熱水器冒水…………………86二、太陽能儀表指示有熱水，但水下不來……87三、震蕩現(xiàn)象……………………87第五節(jié)、太陽能熱水器故障簡表………88第六節(jié)拯救太陽能孤兒，無爹無娘的太陽能的維修…90一、太陽能孤兒的一般情況……………………90二、控制系統(tǒng)詳細的恢復過程…………………91第六章太陽能熱水器工作中的補充知識……97第一節(jié)萬用電表的使用和太陽能電路的檢測………97一、指針式萬用表的使用………97二、數(shù)字式萬用表………………102三、用帶鉗表的萬用表檢測電流…………104第二節(jié)太陽能熱水器的重點檢測…………105一、檢測電加熱系統(tǒng)是否正?！?05二、檢測進水電磁閥等是否正常………………107三、檢測水溫水位接線是否正常，水溫、水位傳感器是否正?！?08四、檢測水泵系統(tǒng)是否正?！?09出版前的話在史無前例的無產階級文化大革命中，我是一名普通的工廠機修工人,業(yè)余愛好是無線電，經歷了從礦石收音機到半導體時代。我的理想是當一個人人尊敬的工程師，當然最好是搞飛機火箭的。我屬于干一行愛一行的人，在當工人的幾年里，我認真鉆研業(yè)務，車、刨、銑、鉗、電，我樣樣都會。恢復高考后，我考上了南京航空航天大學機械系，童年的夢似乎正在變?yōu)楝F(xiàn)實。但是陰差陽錯，畢業(yè)時正碰上航空工業(yè)調整規(guī)模，我的航空夢沒法實現(xiàn)，被分到電機廠，與發(fā)電機打起了交道，從技術員做到高級工程師，當過銷售經理、總工程師、國營企業(yè)廠長、合資企業(yè)副總經理、總經理。正是有了這些經歷，我才有可能在90年代初辦起了民營企業(yè)。在長期從事能源的制造、研發(fā)、銷售工作中，感受到世界能源的危機，促使我把目光投向太陽能這一好產品，為此我們工廠生產出福建省第一臺家用太陽能熱水器，后又生產出深圳市第一臺家用太陽能熱水器。在長期的工作實踐中，本人經歷了太陽能熱水器行業(yè)從萌芽到成熟，乃至在世界上逐步普及的過程，經歷了太陽能技術從故障不斷到逐步成熟，乃至產生新的突破的過程。太陽能熱水器是個利國利民的好產品。為了搞好這項工作，本人親自參與近萬平方米的太陽能工程和近千臺家用太陽能熱水器的安裝調試工作，歷經14年。通過這些工作，我獲得了大量現(xiàn)場資料，也體驗了太陽能同行的辛苦。在這十幾年的生產經營過程中，在太陽能普及推廣工作中，在與外國客戶的交往和產品外銷的安裝情況過程中，我親身感覺到太陽能安裝和維修技術推廣的重要性。為此，從2006年開始，我著手籌備這本介紹和推廣太陽能技術的書，斷斷續(xù)續(xù)寫了近四年，幾乎占用了我全部的業(yè)余時間。在這個過程中我不斷碰到新的問題，不斷進行補充。時至今日，拙作即將面世。在此，感謝與我共同奮斗的同事們，他們的工作為我提供了一手的寶貴的材料。感謝慧聰網(wǎng)的編者們，為這份太陽能資料的傳播提供了良好的渠道。希望這份小作能為太陽能的普及和推廣做出一點貢獻，這就是筆者的心愿。前言第一節(jié)為什們要開發(fā)太陽能世界能源日趨緊張在當前，世界能源日益緊張，油價高漲，具有關資料統(tǒng)計，石油、天然氣等化學燃料只有20年的開采期，特別是隨著第三世界國家的發(fā)展，中國、印度等人口大國汽車的普及，更加劇了石油等化學燃料的緊張，這些化學燃料的用盡年限可能比專家們的預測還要縮短。還有煤，盡管還有大概200年的開采期，但溫室效應嚴重，用煤發(fā)電造成環(huán)境污染。而且隨著社會的進步，對勞動環(huán)境的改善要求不斷提高，煤的開采的成本上升很快。目前我國的現(xiàn)狀是百萬噸煤死亡率3.4人，每年都有幾百個工人為了開采煤而獻出了生命。由于煤的開采社會成本過高，人們將不得不減少它的用量，因此亟需尋找更安全更方便的能源供應。二、我國資源比較貧乏我國是世界上資源比較貧乏的國家，國人的主要資源占有率，石油為世界人均值的11%，煤為51%，天然氣為4%。由于人口眾多和經濟的快速發(fā)展，我國已經成為世界能源消耗量最大的國家，成為世界第一大石油進口國。二十一世紀我國的大部分家庭將逐步實現(xiàn)現(xiàn)代化，家庭熱水供熱是必不可少的。根據(jù)國外的統(tǒng)計資料表明：全世界人工生產的能量總消耗的25%將被用于制造家庭熱水。據(jù)測算，我國10年內要解決4億家庭熱水需求（按歐美一般標準），若采用電加熱，需新增裝機容量45000萬KW，相當于40多個長江三峽一期工程，增加投資80000億元。若采用燃氣供熱，則每人每年以30立方計算，需400億立方，投資花費約10000億元以上，相當于80~120條西氣東輸工程。如此巨大投資難度之大可想而知。若采用電加熱、氣能加熱等方法解決熱水問題存在很大的困難，在我國當前的財力下是幾乎不可能做到的。在這種形勢下，尋找新的能源替代物，開發(fā)可再生能源已經成為刻不容緩的工作。為此，廣泛采用太陽能供熱水已為業(yè)界所共識。三、人類生存環(huán)境惡化由于大量的使用化學能源，造成全球的溫室效應現(xiàn)象嚴重，氣候逐步變暖，全球氣溫在近代的100年內升高了2度，南極冰山正逐步減少，海平面逐漸上升。這種人們稱之為厄爾尼諾效應的現(xiàn)象，已經對人類的生存產生很大的威脅，所以，尋找新的能源供應是當今世界的一大需要。四、太陽能熱利用的可能性1、太陽能的能量巨大，取之不盡用之不竭地球每年接受的太陽能能量為1×10十八次方，是世界年耗能的一萬倍，地球被照射5分鐘，就等于地球目前一年消耗的總能量。太陽能的能源是取之不盡、用之不竭的，大概尚有3億年的生命周期2、、我國應用太陽能良好的自然條件：我國地處溫帶與亞熱帶地區(qū)，太陽能資源豐富，全國三分之二的國土面積年日照小時數(shù)在2200小時以上，年太陽輻射總量大于每平方米5000兆焦（相當于加熱30-40噸的熱水），屬于太陽能利用條件較好的地區(qū)。西藏、青海、新疆、甘肅、內蒙古、山西、陜西、河北、山東、遼寧、吉林、云南、廣東、福建、海南等地區(qū)的太陽輻射能量較大，完全可以利用太陽能提供80～90%以上的熱水供應滿足一般用戶需求。在西藏、云南等高原地區(qū)日照強度已經超過為6000兆焦；廣東、廣西、海南雖然日照強度在5000兆焦左右，但環(huán)境溫度高，利于太陽能能量的保存。這些地區(qū)太陽能利用條件優(yōu)于全國其他地區(qū)，為太陽能的利用創(chuàng)造了良好的條件。（圖0-14-1為國內年太陽能分布圖和表0-14-1為各地的日照時間表，供參考）應該指出的是，在四川、貴州的部分日照時間較短的地區(qū)，目前也有相當多的居民安裝了太陽能熱水器，而且效果比較滿意。這只能歸理為太陽能熱水器吸收的并不是可見光，雖然在某些地區(qū)太陽較長時間被云層遮擋，但不可見光仍然可以透過云層到達地面，被太陽能熱水器吸收。3、國家大力提倡節(jié)能和利用太陽能；出臺了一系列的節(jié)能減排政策。當前，美國、德國、英國、法國、西班牙等國對節(jié)能產品均實施財政補貼。而國內，國家已經把太陽能熱水器列入家電下鄉(xiāng)的的補貼范圍，在本書完稿之時，已經有21個省市區(qū)出臺了強制性安裝太陽能熱水器的政策，部分市縣也出臺了太陽能財政補貼的政策。在這種形勢下，我國太陽能的普及速度將大大加快。圖0-14-1：中國年太陽能分布圖為了便于太陽能資源的開發(fā)與利用，按年太陽總輻照量空間分布，我國的太陽能資源可以劃分為四個區(qū)域：表0-14-1：中國太陽能資源區(qū)劃表名稱地區(qū)類別年輻射量兆焦/平方米占國土面積地區(qū)極豐富帶I≥670017.4%西藏大部分、新疆南部以及青海、甘肅和內蒙古的西部很豐富帶II5400~670042.7%新疆大部、青海和甘肅東部、寧夏、陜西、山西、河北、山東東北部、內蒙古東部、東北西南部、云南、四川西部豐富帶III4200~540036.3%黑龍江、吉林、遼寧、安徽、江西、陜西南部、內蒙古東北部、河南、山東、江蘇、浙江、湖北、湖南、福建、廣東、廣西、海南東部、四川、貴州、西藏東南角、臺灣一般帶IV<42003.6%四川中部、貴州北部、湖南西北部4、全民的環(huán)保意識不斷增強，為太陽能產業(yè)提供了巨大的市場空間。近年來世界各國和中國政府都在大力宣傳節(jié)能減排，綠色環(huán)保的概念，國人的環(huán)保節(jié)能意識大大加強，環(huán)保理念不斷更新，選用太陽能熱水器的客戶不斷增多。從2008年起，全國太陽能熱水器的銷量已經超過燃氣熱水和電熱水器的銷量之和，且每年都以30%的速度增長，太陽能熱水器的年產銷量已經達到800萬臺。由于中國在太陽能普及方面的成就，使得世界各國都紛紛到中國采購太陽能熱水器，目前我國的太陽能熱水器已經出口100多個國家和地區(qū)，年出口量達到100萬臺。根據(jù)當前的形勢，太陽能熱水器作為家庭生活熱水的主要來源已成定局，太陽能熱水器的銷量還將快速增長。五、太陽能利用的優(yōu)點1、節(jié)約能源我國是一個能源缺乏的國家，節(jié)能是一個重要的國策，在當今的各種節(jié)能產品里，太陽能熱水器是最節(jié)能的，可以達到節(jié)能80%以上的效果；如果與空氣能的配合，更可以達到節(jié)能94%以上的效果，這是目前任何節(jié)能產品都無法達到的。太陽能熱水器在我國的家庭、學校宿舍、醫(yī)院病房、賓館旅社等已經獲得廣泛的應用。每年節(jié)約了大量的能源和費用。同時，太陽能為工業(yè)提供熱源也存在很大的機會，比如，食品廠的熱水、印染廠的熱水、干燥用的熱油、服裝行業(yè)的蒸汽等，都可以通過太陽能進行預加熱，這樣可以節(jié)約70%以上的燃料開支。2、減少國家投資能源的制造和輸送，占整個國家的投資的25%以上，如果大量采用太陽能，將會減少國家對電力、石油、煤炭和交通方面的投資達10萬億以上。（表0-15-1簡單概括了太陽能熱利用的成效）3、節(jié)約家庭開支中國是一個人口眾多的國家，家庭能源的消耗量很大，從家庭洗浴來看，每戶正常耗電80%為熱水器所占用，通常三口之家的月耗電量為300度。若采用太陽能熱水器供熱，則每月可節(jié)電約240度，以每度0.5元計算，則全年將可節(jié)約電費1440多元，兩年就可收回購機成本（太陽能成本為2000元/臺）。為此，采用太陽能供熱不失為節(jié)約家庭開支的一種好舉措。表0-15-1、太陽能熱水器顯著的節(jié)能效果（假設國人50%使用太陽能作為供熱能源，每人每天用熱能4000千卡）節(jié)約柴油節(jié)約發(fā)電量節(jié)約煤8577.5萬噸30．23億千瓦（度電）26213萬噸2個大慶的產油量11座三峽水電站和170個70萬千瓦的火力發(fā)電廠占全國目前產量10%，拯救88.4名礦工的生命4、安全可靠，無環(huán)境污染，利于創(chuàng)造良好的生存條件由于太陽能熱水器不產生有害氣體，無污染，無噪音，對人體是最安全的。使用太陽能熱水器，可以減少發(fā)電機廠的燃煤排煙量與燃氣熱水器排出的有害氣體，減少大氣污染，改善我們的居住環(huán)境，減少溫室效應的危害，同時間接地減少煤礦工人的傷亡。（表0-15-2為太陽能熱水器的減排效果）表0-15-2、太陽能熱水器的減排效果本計算依據(jù)是：1。5平方米太陽能熱水器有熱水器面積減排二氧化硫減排碳氧化物減排煙塵減排二氧化碳1.5平方米（千克）52.423.840.51730我國目前的保有量1.45億平方米（萬噸）506230391167235、太陽能的開發(fā)利用為社會提供了大量的就業(yè)機會目前國內有太陽能工廠約2000家，專業(yè)的產業(yè)工人有12萬人，提供安裝服務的經營店、點約12萬個，服務人員36萬人，加上各種專業(yè)配套的工廠和供應網(wǎng)點，據(jù)有關材料統(tǒng)計，太陽能光熱產業(yè)目前提供了大約250萬人的就業(yè)機會。隨著太陽能產品的逐漸普及，將為社會提供大量的就業(yè)機會。實踐證明，太陽能熱水器是一種經濟性好、安全性好、環(huán)保性好的“三好”產品，隨著新能源理念的加強，人們的生產方式、生活方式和社會管理方式的日趨生態(tài)化，太陽能的利用已經得到全社會的認識，太陽能熱水器也正在走進千家萬戶。第二節(jié)、人類開發(fā)太陽能的歷史一、萌芽和理論階段人類利用太陽能應該是非常早的事了。傳說三國時，關云長在長坂坡與劉備走散，帶著一隊兵馬一邊保護劉備的廉、糜二夫人，一邊找尋劉備。在旅途奔波中，兩位夫人的洗澡成了大問題，關公于是想出了一個辦法，白天行軍時用羊皮攮子裝滿水，駝在馬背上，讓太陽曬，晚上就有熱水供兩位夫人洗澡。后來關云長與劉備會合了，劉備見到兩位夫人，不僅沒有奔波的疲憊，而且面色白皙嬌嫩，不禁大喜，一問才知是每天都洗“太陽水”的緣故。這一段民間傳說，說明了三國時代國人就有利用太陽能的意識了。至于在幾千年來，人類利用太陽能曬食物，曬衣服，用太陽能加熱水，利用熱不平衡抽水等初級的太陽能利用已經延續(xù)了幾千年。但太陽能利用產生升華、產生了太陽能利用的重要發(fā)現(xiàn)和理論還是近代的事：1955年以色列科學家泰伯等提出了選擇性吸收涂層的基礎理論，并研究成功使用的黑鎳等選擇性涂層，為太陽能高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。法國科學家卡諾和英國科學家開爾文提出的熱泵理論，為進一步開發(fā)太陽能提供了理論基礎。二、太陽能的發(fā)展和受挫階段——1996年前1973年世界第一次爆發(fā)的石油危機引發(fā)了太陽能的第一輪開發(fā)熱潮。世界各國除了在節(jié)約能源方面下功夫外，也將目光投向了新能源，其中太陽能是重點。美國也生產了相當數(shù)量的太陽能熱水器，政府也提出了一系列的鼓勵新能源的政策。在這種世界大形勢下，我國的有關部門和高等院校研究者也對太陽能利用作了初步的探討，其中典型的就是北京等地生產的鋁皮盒子，也稱燜曬罐式太陽能，這也是我國對太陽能利用的第一個工業(yè)化的產品。早期的太陽能產品，必然有許多不足：一是效率較低，保溫無法處理；二是故障率高，修理成本高，這就使太陽能產品的推廣在歐美這些勞動力成本高的國家遇到很大的阻力。隨著石油危機的緩解，美、歐等國的太陽能企業(yè)紛紛停產，太陽能產業(yè)進入低谷。三、太陽能利用的產業(yè)化時期——1996年~2006年從上世紀90年代開始，以色列、德國發(fā)明了平板式太陽能集熱器，并逐步進行推廣，在集熱器芯片工藝上采用了選擇性吸收材料這一新的技術，使得太陽能集熱器的效果大大提高，平板式集熱器的發(fā)明使得太陽能進入產業(yè)化時代，以色列也成為世界太陽能最為普及的國家。平板式技術也被我國相關研究所和企業(yè)引進，在云南省獲得大面積的推廣和使用。但是當時的平板式集熱器保溫差，存在散熱快，冬天效率低甚至不能產熱等缺點。因此，人們繼續(xù)尋找一種保溫效果好，在冬天能夠使用的集熱器。在澳大利亞有關專家的研究成果的基礎上，清華大學的殷自強教授發(fā)明了太陽能真空管集熱器，它是受當時常用的真空保溫的熱水瓶和真空電子管工藝的啟發(fā)發(fā)明的。北京清華陽光太陽能有限公司和山東德州皇明太陽能公司發(fā)明了真空管家用太陽能熱水器，也就是我們今天常見的太陽能熱水器的樣式。使得太陽能的大面積的使用成為可能。從1996年開始，我國的江蘇，北京，山東，浙江，云南等省市都出現(xiàn)一些太陽能企業(yè)，比如北京的桑普、天普、江蘇的華陽、輝煌，河北的新奧，浙江的美大等，這些企業(yè)的進入太陽能行業(yè)，對當?shù)氐奶柲艿钠占捌鹆撕艽蟮耐苿幼饔谩?998年起，我國的太陽能行業(yè)進入了發(fā)展期，太陽能產量每年以平均超過20%的速度增加，太陽能熱水器的保有量也以超過15%以上的速度增加，我國迅速成為太陽能大國。在江蘇、山東、安徽、云南、浙江、河南等省太陽能的普及率已經超過30%，還有一個可喜的現(xiàn)象，就是太陽能的普及從城市走向農村，農村的太陽能市場迅速擴大，已經超過城市。在江蘇、浙江、安徽、山東的許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)，太陽能的普及率超過85%，有的村落要找到一家屋頂沒有太陽能的人家都很難。（我國太陽能的產量和保有量見表0-23-1）我國太陽能產業(yè)的發(fā)展還體現(xiàn)在太陽能品種上。早期的太陽能熱水器只能裝在樓頂上，對與它配套的水電等也提出了許多要求，太陽能安裝也遇到許多困難，比如和建筑一體化的問題等等。但是我國的太陽能工作者不斷克服困難，不斷創(chuàng)新，使得太陽能熱水器、太陽能熱水器配件、太陽能熱水器控制器、太陽能熱水器專用設備這四個主要方面的生產技術不斷提高，配套不斷完善，價格不斷下降。與此同時，太陽能的品種不斷更新，在常用產品方面開發(fā)出家用太陽能熱水器、家用承壓式太陽能熱水器、平板式家用太陽能熱水器、陽臺式太陽能熱水器，別墅（分體）式太陽能熱水器，工程型太陽能熱水器、自裝型太陽能熱水器等幾十個品種，上千種規(guī)格的太陽能熱水器。在太陽能集熱器方面，開發(fā)出直徑47、58、70、甚至100的普通真空管集熱器、三高管集熱器、真空熱管式集熱器、真空對流管式集熱器、真空縮管徑集熱器等。在平板式集熱器方面，產生了選擇性吸收式銅鋁復合集熱器、全銅板集熱器、蛇行板集熱器等。在太陽能支架，太陽能端蓋、太陽能密封件、太陽能控制器、太陽能水泵和水暖配件、太陽能生產輔助配件等產品更是品種齊全，還在不斷地推陳出新，幾乎涵蓋目前人們生活環(huán)境下的太陽能光熱利用的方方面面。我國太陽能產業(yè)的發(fā)展還體現(xiàn)在技術水平的不斷提高上。太陽能熱水器是一個包容當代科技的新的產品，同時也是一個在當代現(xiàn)代化環(huán)境下工作的一個機器，它所工作的環(huán)境和人們對它提供服務的要求都是以前其他類的家用電器生產和使用中沒有碰到的，所以對新技術的期望很高。它要求人們在充分掌握原有技術的基礎上不斷創(chuàng)新，克服在制造中和使用中碰到的困難，不斷總結經驗，不斷地產生新的技術、新的產品、新的工藝，新的應用手段。另一方面，太陽能的研發(fā)理論這些年也在不斷發(fā)展。在不斷應用傳統(tǒng)物理學原理的基礎上發(fā)展了以太陽能應用為中心的現(xiàn)代物理理論，產生了不少適用的專利技術。大批量的生產，大面積推廣，大面積使用為國內太陽能領域的科技人員提供了獨有的試驗場，取得了不少的科研成果。太陽能光熱技術的研發(fā)和應用技術成為我國在當前世界科學領域唯一公認領先的技術。與此同時，以德國、以色列為代表的先進國家在平板太陽能方面也取得較大的成績，目前歐洲生產的平板太陽能，在保溫，選擇性吸收材料、聚光吸收方面也取得很大的進展，目前生產的平板式太陽能熱水器已經可以勝任歐洲寒冷的氣候，保溫效果已經接近于真空管熱水器。尤其在分體別墅型太陽能熱水器方面，得到大量的普及。第三節(jié)、太陽能進入快速成長期一、太陽能熱水器的普及進入一個新的歷史階段2008年以來，隨著家用汽車在以中國、印度為代表的發(fā)展中國的進一步普及，世界石油的價格不斷攀升，達到了每桶80美元左右，比2008年前翻了一番，并且還在不斷上升。據(jù)估計，世界石油的儲量在當前使用量的情況下只夠使用20年。同時，大量化學燃料的燃燒排放，致使全球環(huán)境日益惡化，引起了各國政府和人民的重視。2010年哥本哈根全球氣候大會的召開，引發(fā)了新一輪的全球節(jié)能熱潮，推動了太陽能產業(yè)的快速發(fā)展。隨著太陽能產品質量的不斷提高，用戶的不斷增加和客戶使用時間的延長，太陽能熱水器的優(yōu)越性逐步體現(xiàn)：節(jié)能、環(huán)保、安全。事實證明，用太陽能生產熱水能夠滿足大部分地區(qū)廣大群眾生活用水的需求，節(jié)能效果達到70%-90%。太陽能產品被中國和德國以及世界100多個國家的用戶接受和認同。在這種形勢下，各個國家相繼出臺了鼓勵太陽能發(fā)展的優(yōu)惠政策和強制性政策，引發(fā)了太陽能的開發(fā)利用熱潮。各國政策一覽表德國最高補貼可達系統(tǒng)造價的60%美國居民該項支出額的30%可以抵所得稅法國利用可再生能源和定型號熱泵設備的發(fā)電系統(tǒng)，其產品可以享受50%的稅額減免西班牙要求所有新建建筑必須安裝太陽能熱水器以色列任何高度低于27m的新建房屋必須安裝太陽能熱水系統(tǒng)澳大利亞每臺1000澳元的補貼瑞典政府將獎勵每臺1800美元到3000美元巴西、葡萄牙、荷蘭、奧地利等國家采用稅收激勵政策二、我國在開發(fā)太陽能方面走在世界的前列1、隨著太陽能的普及推廣，近5年來，我國的太陽能熱利用產業(yè)飛速增長，根據(jù)統(tǒng)計，我國的太陽能熱水器產量和保有量均占世界的70%以上，我國已經成為世界太陽能熱利用的第一大國（見表0-23-1）。在我國，太陽能熱水器的產銷量已經超過電熱水器和燃氣熱水器之和，成為國民使用熱水的第一來源。盡管這樣，我國的太陽能的普及率還不高，相當部分地區(qū)仍在10%以下。我國太陽能熱水器仍然存在著巨大的市場潛力，我國幅員遼闊，人口眾多。以每人一平方太陽能的需求面積，社會保有量將達到12億平方米，以目前4000萬平方米的產量需要生產30年。2009年我國太陽能熱水器的產值已達578億元，據(jù)有關機構估計，我國今后的幾年內，太陽能熱水器的產銷值將超過1000億元，表0-23-1我國太陽能產業(yè)的產量和保有量年份產量（萬平米）比上年增長（%）保有量（萬平米）比上年增長（%）1998350

1500

199950043200033200064028260030200182028320023200210002240002520031200205000252004135012.56200242005150011.175002120061800209000202007230027.81130025.52008310032.51250010.72009420035.51450016.02、產品大量出口太陽能產品的性能不斷完善，使用用范圍不斷擴大，我國光熱、光電產量已經位居世界第一。由于我國的太陽能研發(fā)水平不斷提高，目前已處于世界領先的地位，尤其是光熱產品，品種不斷增加。太陽能熱利用的成果顯著，太陽能產業(yè)的不斷成熟，使得世界各國紛紛進口中國產的太陽能熱水器。從2006年我國大規(guī)模出口太陽能產品開始，世界上已經有包括美國、西歐在內的100多個國家和地區(qū)從我國進口太陽能熱水器。2009年，我國太陽能熱水器的出口量已經達到2億美元，100萬平方米，出口80余個國家。我國已經成為太陽能產品出口的第一大國。3、政府和國民高度重視，太陽能普及速度加快當前，保護環(huán)境已經為我國政府乃至世界所有國家所關注，能源危機又促進新能源產業(yè)的發(fā)展，節(jié)能降耗已成為各地政府的施政目標，中央政府已經提出在“十一五”期間單位GDP的能耗降低20%，能源總消費量下降20%，溫室氣體排放減少10億噸的目標，并鄭重向世界宣布。中央提出了“節(jié)能減排、科學發(fā)展”新時期我國國民經濟發(fā)展的新方針，從節(jié)能的角度分析，節(jié)能減排主要從兩方面著手：節(jié)能和可再生能源的應用。通過節(jié)能挖掘的空間比較小，而可再生能源的利用的空間比較大，一般可占節(jié)能總效果的12%以上。可再生能源的成熟利用又主要體現(xiàn)在太陽能利用和風力發(fā)電這兩個項目上。實踐證明，在我國利用太陽能產生熱水完全能滿足人們的洗浴和部分取暖的需求，而這方面的能量消耗要達到社會總能量的12%以上，國家正在醞釀有關太陽能利用的強制性政策。我國目前已成為世界上最大的太陽能生產利用國家。自從石油漲價以來，中國加大了循環(huán)經濟的步伐，全國各省市正積極制定推廣使用太陽能熱水器的各種政策：要求在房地產開發(fā)中要充分考慮到太陽能的利用，新蓋的建筑物均應考慮鋪設應用太陽能熱水器的供水管道。其中昆明市、深圳市、天津市、海南省、煙臺市、青島市等數(shù)十個省、市、縣已經出臺強制性普及太陽能的相關政策。國家對太陽能下鄉(xiāng)實施了補貼政策。2007年1月1日4、應用領域不斷擴大，前程十分遠大目前，太陽能利用范圍正在逐步擴大，在全國目前在建的公用校舍、宿舍、病房已經100%的采用了太陽能供熱水。我國北方已經建成不少的太陽能供暖的建筑。太陽能在食品行業(yè)的熱水、印染廠的熱水、輕工行業(yè)干燥用的熱油、服裝行業(yè)的蒸汽等方面都在逐步推廣。在太陽能制冷方面已經得到實際的應用。在國內太陽能熱利用大量普及的有利條件下，我國的太陽能科技人員正在全力以赴，攻克太陽能熱發(fā)電這一人類急待攻克的科技堡壘，摘取近代科學技術的最璀璨的明珠。第四節(jié)、從事太陽能工作的光榮和艱辛——出版本書的目的夏天烈日炎炎、渾身濕透，冬天雪花飄飄、寒風刺骨；負重登頂，攀上踏下，這是廣大太陽能工作者真實的工作寫照。從事該項工作確實艱苦，但節(jié)能、環(huán)保是一個偉大而又艱辛的工作，要有堅強的信念和毅力。雖有阻力，但是太陽能利用在廣大太陽能從業(yè)者的不懈努力下，憑著它本身的優(yōu)勢還是逐步發(fā)展起來了。在太陽能熱水器推廣的初期，太陽能的故障率達到500%，也就說每一臺太陽能一年內要維修5次。很多太陽能的從業(yè)者不得不采取逃避的手段，進而產生了大量的“太陽能孤兒”（即由于廠家倒閉或者經銷商、代理商撤走使得太陽能熱水器出現(xiàn)故障無法維修、無配件更換）。這里主要的原因就是太陽能沒有得到合理可靠的安裝，也就是說技術上面還不過關。但廣大的太陽能工作者在艱辛的工作環(huán)境中不斷地總結經驗，終于迎來了太陽能大量普及的春天。但由于太陽能行業(yè)是一個新興的行業(yè)，相關的普及知識和技術總結的書不多，各學校也沒有培養(yǎng)這方面人才的專業(yè)。由于缺少太陽能方面的專業(yè)知識和專業(yè)人員，嚴重阻礙了太陽能產品的普及工作，尤其是廣大農村、中小城市，急需專業(yè)人員去開發(fā)。太陽能的特點是3分產品7分安裝，就是在如今可靠性大大提高的情況下，太陽能的故障率還是大于其他的家用電器。所以在太陽能普及的形勢下，每個城鎮(zhèn)，每個鄉(xiāng)村都需要太陽能安裝維修人員，才能消滅“太陽能孤兒”現(xiàn)象，節(jié)能、減排、環(huán)保工作才能取得成效。我們的產品出口到許多國家，對安裝和使用中出現(xiàn)的問題，當?shù)厝送恢撊绾谓鉀Q，尤其是非洲等發(fā)展中國家，有些技術問題在中國已經是常識，但他們不知道，所以故障就發(fā)生了。歐美等發(fā)達國家這些方面好一點，但由于沒有實踐的總結，一些問題也不懂得如何下手。所以，國外更需要這方面的知識。為了解決以上的問題，筆者用了4年的時間，總結了十幾年的經驗，寫成本書，希望它能為太陽能同行提供一些幫助，使他們的創(chuàng)業(yè)之路越走越寬廣。應該說明的是：太陽能的技術是多方面的，本書提供的材料和方法不一定是最佳的，但可以保證，按照本書的方法安裝的太陽能熱水器一定是好使用的。嚴格按照本書的要求去做，產品安裝就不會出現(xiàn)太大的問題。我們歡迎同行指正，同時給我們提供更多更好的技巧和方法。第一章太陽能的熱利用原理第一節(jié)、一般家用真空管太陽能熱水器一、太陽能熱水器總體構成太陽能熱水器，如圖1-11-1，圖1-11-2，主要由太陽能真空管、保溫水箱和支架組成。圖1-11-1典型的真空管太陽能熱水器二、太陽能熱水器的基本參數(shù)一般家用太陽能熱水器真空管數(shù)從16支管到46支管，水箱從150升到400升不等，真空管的直徑一般有47，58兩種主要類型，還有70，100等非主要類型，同一管徑中還分為1500、1800、2100等長度的真空管，品種較多，現(xiàn)常用的有直徑47*1500、58*1800兩種規(guī)格，較常用的有58*2100，由于品種較多，建議盡量使用常有規(guī)格，以免真空管損壞無法補充?，F(xiàn)舉一組最常用的太陽能熱水器的數(shù)據(jù)，供參考。以下為一組普通太陽能的主要技術數(shù)據(jù)表1-12-1。表1-12-1一般家用太陽能熱水器的技術數(shù)據(jù)型號JD-20JD-24JD-30JDL-20JDL-24JDL-30備注保溫桶內徑Φ330Φ380通用標準保溫桶外徑Φ420Φ470通用標準集熱管規(guī)格Φ47×1500Φ58×1800集熱管數(shù)量202430202430水容量（升）150180220200240300水箱容量加50%真空管中的水容量產水溫度（℃）45-90東南沿海內桶材料SUB304不銹鋼板板厚δ=0.4-0.8廠家定外桶材料彩色鋼板、鍍鋅噴涂板、不銹鋼板板厚δ=0.4-0.6用戶選定保溫材料聚氨酯發(fā)泡支架材料鋁合金支架、鍍鋅彩板支架、不銹鋼支架根據(jù)實地情況決定電加熱器220V1500W220V3000W集熱器與地面夾角北方45°東南38°參考當?shù)鼐暥燃?0°三、家用太陽能熱水器種類家用太陽能熱水器主要分為兩大類：真空管太陽能熱水器和平板太陽能熱水器。1、真空管太陽能熱水器，如圖1-11-1和圖1-11-2所示，一體式的太陽能熱水器，是當前國內用量最大的太陽能熱水器，因此也是本書敘述的主要內容。隨著太陽能技術的進步，真空管熱水器也派生了不少新的品種，比如真空熱管式太陽能熱水器，真空分體式太陽能熱水器等等，但由于保有量較少，本書不進行探討。平板式太陽能熱水器，同樣也分為一體式和分體式兩個大項，其中分體式占大多數(shù)，尤其在德國等歐美國家，平板式太陽能熱水器得到較大的普及。由于在國內家用產品中保有量很少，所以本書僅提及而已。第二節(jié)、真空管一、真空管集熱原理真空管的類型較多，我們著重介紹普通的真空管真空管的構造和原理真空管（見圖1-21-1）是一個雙層玻璃管，中間抽真空，表層的外玻璃管一般由透光性好，抗沖擊的高硼硅玻璃制成，內層玻璃表面鍍上一層選擇性吸收材料，使得太陽能光能可以更好的被真空管內的水吸收。自然界也有一些吸熱的好材料，比如說表面黑色的物體，吸收陽光率可達95%以上，但是它的反射率（可以理解為散熱性）也很高，這樣吸收的太陽能大部分都被散射掉了。選擇性吸收材料就可以達到高吸收率96%，低反射率低于（3%）的效果。兩層真空管之間采用真空方法隔離，防止熱量通過玻璃表面散失。采用真空管集熱器作為集熱單元的太陽能熱水器，由于真空的保溫效果好，因此其特點是集熱效果好，在寒冷的冬天能正常產熱水；不易結垢，產品的壽命比較長。缺點是真空管比較易損壞，尤其在空曬的情況下，真空管在幾分鐘內內部溫度就可能達到300度，如果這個時候碰到涼水，真空管就會出現(xiàn)爆裂；真空管一漏水，整個系統(tǒng)就不工作了。所以真空管太陽能工程對控制系統(tǒng)的可靠性要求較高，平時的維護工作量較大。家用太陽能由于設計比較合理，不容易出現(xiàn)空曬，一旦正確安裝后，極少出現(xiàn)炸管現(xiàn)象。近年來由于太陽能的工作者不斷努力，真空管熱水器的可靠性不斷提高，二、真空管的規(guī)格和派生的產品常用的真空管的規(guī)格有兩種：直徑58mm，長度1800mm；直徑47mm，長度1500mm。直徑47mm的真空管啟動比較快，熱效率較高，是依據(jù)最科學的數(shù)據(jù)制造的，比較適合環(huán)境溫度比較低的地區(qū)使用。直徑58mm的真空管是47mm的派生品，熱效率較低，但自身儲水量較多，在高溫地區(qū)產水溫度較低，實際上也提高了太陽能熱水器的效率。在南方地區(qū)使用較合理。目前還有一些派生的產品，如直徑58mm，長度2100mm；直徑70mm，長度2000；還有直徑100mm，長度2000mm的熱管等，但這些都不是主流的產品，安裝后配件較少，維修比較困難。三、真空管好壞的鑒別真空管是太陽能的心臟，真空管的好壞直接影響到太陽能熱水器的使用壽命和使用效果。根據(jù)經驗提出以下幾條：1、材質上分析：好的真空管是采用高硼硅玻璃制作的，透光性好，耐沖擊，遇到突冷突熱的水不容易炸裂，直觀看上去比較透亮。2、重量上分析：好的真空管比較重，這樣它的機械強度比較好，受到各種的沖擊，不容易破碎。3、表面上分析：好的真空管沒有劃痕，裂痕，管的內外干凈，說明生產管理好，清洗干凈，沒有磕碰現(xiàn)象存在。一般地看，好的真空管的鍍膜純正光亮，有深藍色的光影，同一批產品的顏色一致性好，但由于各廠的選擇性涂料的配方不一樣，色澤和亮度有很大的區(qū)別。4、從尺寸上看，好的真空管直徑在標準直徑范圍，誤差小于0.1mm，長短與標準長度比誤差在0.5mm范圍內，差的真空管一般直徑都比較小，長度也不夠，都超出規(guī)定的范圍。四、真空管的基本數(shù)據(jù)下面是一組真空管的數(shù)據(jù)，圖1-24-1，1-24-2和表1-24-1，供參考。第三節(jié)、保溫水箱和支架一、保溫水箱的材料組成太陽能水箱的基本結構如圖1-31-11、內膽，保溫水箱的內膽一般采用SUB304食品級的不銹鋼生產，厚度一般在0.8-0.3mm之間選材，名牌工廠生產的厚一點，在0.8mm左右，普通的正規(guī)的工廠一般選用厚度在0.5mm左右，這兩類的太陽能經過十幾年的使用沒有出現(xiàn)漏水的致命性的故障。目前還有不少工廠采用0.3mm板厚左右的不銹鋼生產，新安裝的產品也沒有出現(xiàn)漏水的故障，但有部分產品出現(xiàn)成批在一年內漏水的現(xiàn)象。一般來說，內膽板越厚，可靠性越高，但加工難度加大，材料成本上升。2、外殼，一般采用的材料有：不銹鋼：選用比較便宜的不銹鋼板，如201、202等型號薄板制作，厚度在0.3-0.4之間，這種產品在太陽能普及的早期和當前的農村比較受歡迎，這種產品的缺點是成本較高，存在光污染糾紛的問題。彩色鋼板：這是目前采用最廣泛的外殼材料，它的外殼顏色多樣，可以印上標記花紋，變化多，好的彩板由于選用優(yōu)質鍍鋅板，經多層涂料處理，使用壽命一般可達70年。鍍鋅板噴涂外殼：在較大的工廠采用較多，因為要投入一套比較大的噴涂處理設備，這種外殼的壽命一般在10年左右，優(yōu)點是成本低。彩板和噴涂板都不存在光污染的問題，加上成本低于不銹鋼外殼，應該成為今后太陽能產品的主要用材。二、支架1、支架的發(fā)展：自太陽能開始進入家庭十幾年來，太陽能的支架發(fā)生了很大的變化，從最初的角鋼支架，發(fā)展到今天的鍍鋅噴涂支架，隨著太陽能的需求不斷提高，支架也在不斷發(fā)展。總的趨勢是成本不斷降低，工藝水品不斷提高，適用范圍不斷擴大。以下我們提供一個太陽能熱水器支架發(fā)展的情況表供參考，見表1-13-1。年代主流支架情況96年前角鋼96年～2002年方形不銹鋼型材，不銹鋼板折彎2003～2005年不銹鋼折彎，鋁合金，鋁合金沖壓件2005～今鋁合金，鍍鋅鐵板沖壓件，鍍鋅鐵板沖壓件和鋁合金配合件表1-13-1太陽能熱水器支架發(fā)展的情況表2、目前各種支架的優(yōu)缺點目前在太陽能行業(yè)大量應用的主要有三種支架：鍍鋅噴涂彩色支架、不銹鋼支架和鋁合金支架，它們的特點如下：A、鍍鋅噴涂彩色支架：這種支架用1.5-2.0mm厚度的鍍鋅鐵板沖壓成型，工藝水平比較高，成本比較低，造型美觀大方，太陽能安裝起來比較牢固，外形也比較美觀大方，受到廣大用戶的歡迎。缺點是在南方潮濕的環(huán)境下比較容易銹蝕，在南方環(huán)境下，太陽能的壽命比較短，由于支架承擔不少于400斤的水箱重量，一旦嚴重銹蝕，造成支架垮塌，整個太陽能就會報毀。支架本身較重，搬運上樓安裝比較困難。B、不銹鋼支架：一般用1.2-1.5的不銹鋼板沖壓成型，外形與彩色支架一樣，只是考慮到成本，所以選用薄一點的，但是不銹鋼板比鍍鋅薄板要硬一些，彈性大一些，雖然材質薄一點，但強度基本可以滿足產品的要求。用不銹鋼做支架當然最理想，缺點是價格比較高，目前主要選用202的不銹鋼薄板，價格比304的便宜30%。C、鋁合金支架：一般采用拉伸成型的鋁型材制造，工藝比較簡單，高級一點的在鋁合金表面進行氧化處理或噴涂處理，產品做出來也顯得比較高檔。成本處于不銹鋼和彩鋼之間，由于成本較高，支架不可能做的太寬，產品的外觀就不象彩板的外觀那么好。鋁合金支架由于不怕腐蝕，也是太陽能熱水器的理想支架，鋁合金最大的優(yōu)點是改造加工比較容易，針對不同的客戶情況可以在現(xiàn)場對支架進行切割，鉆孔的再加工，方便安裝。綜上所述，三種類型的支架各有其優(yōu)缺點，建議在北方比較干燥的地區(qū)，可用物美價廉的彩鋼支架；在南方潮濕多雨的地區(qū)，用鋁合金或者不銹鋼支架。相對于不銹鋼來講，鋁合金支架價格較低，應變能力強，抗腐蝕，經久耐用，是較理想的太陽能支架材料。根據(jù)電化學的原理，太陽能支架最易腐蝕的地方是接觸地面部分，目前已經出現(xiàn)接地部分用不銹鋼或鋁合金板，支架主體采用彩鋼的支架，比較合理的利用了材料的特點，做到物美價廉，可能是今后太陽能支架改進的方向。第四節(jié)真空管太陽能熱水器的集熱原理一、太陽能熱水器的集熱原理如圖1-41-1，太陽光照射在真空管上，光線帶著太陽的能量透過高硼硅玻璃、真空、投射在涂有選擇性吸收材料的內玻璃管上，從而進入水中，能量被水吸收，水溫升高；當水溫升高后，在玻璃管內的水產生上下不等的溫差，上方水溫由于太陽的照射溫度較高，下方水溫低，造成水管內部水的流動，溫度高的水流向上流動，溫度低的水流向下流動，這樣真空管內的熱水就不斷流向水箱的上端，水箱內的冷水就不斷地流向低端真空管，形成了對流，經過數(shù)小時的陽光照射，水箱里的冷水就變成熱水了。有關原理在第二章中還會進一步闡述。太陽能熱水器使用的物理原理太陽能熱水器，是一個集當代物理學、熱力學、電子學、力學、化學于一身的產物，本書只針對太陽能熱水器安裝維修過程碰到的基本物理原理，做一個比較淺顯的說明，讀者可以根據(jù)自身的需求來取舍如下的內容。通過掌握幾個基本的原理，讀者可以在工作中較靈活地解決碰到的問題。第一節(jié)、同水位原理同水位原理：由于大氣壓力的作用，在距離相近的、互通的兩個（多個）容器內的液體的液面的高度是一樣的。同水位原理在太陽能熱水器應用上十分重要，所以專門闡述。同水位現(xiàn)象的成因比較復雜，我們就不詳細解釋了。一、兩個裝有液體的容器，在容器與大氣相通的情況下，水面的高度是一樣的。見圖2-11-1二、同水位原理的引申兩個容器的同水位比較好理解，但在太陽能熱水器里面，同水位現(xiàn)象的表現(xiàn)形式是不一樣的，我們可以根據(jù)同水位原理來靈活安裝我們的太陽能熱水器。如下的幾種同水位的形式，經常在太陽能應用中出現(xiàn)：1、水位探頭和水箱的同水位：如圖2-12-1。2、兩個串（并）聯(lián)的熱水器形成的同水位：如圖2-12-2。3、通過用戶管道形成的同水位現(xiàn)象：如圖2-12-3。三、同水位現(xiàn)象告訴我們什么1、通過同水位原理，我們可以將太陽能熱水器串、并連起來，擴大太陽能熱水器的容量（供水量），在太陽能安裝時，我們可以靈活應用同水位原理來擴大太陽能的容量，提高太陽能的可靠性等等（后面有介紹）。2、同水位原理可能會使得太陽能熱水器出現(xiàn)冒水現(xiàn)象；還有可能出現(xiàn)熱水“跑掉”的現(xiàn)象。處理太陽能熱水器故障時應該充分考慮同水位原理造成的影響。第二節(jié)、水的壓力原理一、水和容器的壓力原理水是一種液體，由于受地心引力的影響，高處的水會流向低處流。表面壓力大的水將流向表面壓力小的水的方向。要明白太陽能熱水器的供水，必須了解水的壓力原理，地面上與大氣直接相通的物體表面，均承載每平方厘米1公斤的壓力，因此在太陽能水箱里的水的水面上就有1公斤/平方厘米的壓力。水由于自身存在重量，每一升水=1公斤=1000克=1000立方厘米，1立方厘米的水的重量=1克，如果將每1立方厘米的水疊高（假設是一個不變形的四方體），就可以疊到10米的高度（1米=100厘米，10米=1000厘米），也就是說，一平方厘米的面積上原來已經承載1公斤壓力，現(xiàn)在加上1000厘米高的水塊（每塊1立方厘米），就等于加上1公斤的重量，這樣水的表面的壓力就達到2公斤。因此可以得出結論：容器表面的水面每升高10米，容器底部的壓力就增加1公斤（每平方厘米）。比如，離頂樓水箱水表面下方10米處的出水口，比如水龍頭，它的出水壓力為2公斤/平方厘米。理想狀態(tài)下水的壓力與水的高低有關，與水的表面積大小無關。這告訴我們：從太陽能熱水器引出的水，水管每放下10米，水的出水壓力就增加1公斤。水的壓力大，水龍頭的出水就大，出水質量就好。水的出水壓力達到2公斤以上就能滿足用戶的要求。本書水的壓力一般是針對非承壓太陽能熱水器來討論的，對承壓式的熱水器就不必考慮這個問題。圖2-21-1水的高低造成的壓力示意圖二、舉例說明例1：一臺太陽能熱水器，裝在頂樓樓梯間房的頂上，該樓最高6層，客戶住在4層。測算水的出水壓力。1、計算高低差：樓梯房高度3米；客戶住4樓，與6樓隔2層，一般建筑房間內高為2.7米以上，加上隔層，每層的實際層高為3米，2層6米，4層水龍頭本身離房間頂部2.5米，太陽能水箱本身高度1.5米。高低差=3米+6米+2.5米+1.5=13米水龍頭出水壓力=13*1公斤/10+1公斤（原來大氣壓力）=2.3公斤又了解到本樓層自來水的壓力為3公斤，與太陽能基本一致，客戶可以滿意使用。例2：三層樓的別墅，頂樓有衛(wèi)生間，太陽能水箱與頂樓衛(wèi)生間的高低差為4米，經計算水的實際壓力（不記大氣壓）壓力只有0.4公斤，而自來水的實際壓力為3公斤，相差太多，造成冷熱水無法混合使用，加熱水循環(huán)泵一臺，使得熱水出水實際壓力達到2.5公斤，太陽能才能正常使用。注：實際壓力是不考慮大氣壓的壓力，在熱水段就是高低差的壓力，在自來水段則是壓力減1公斤。第三節(jié)、水的熱分層原理在太陽能水箱中，由于熱水較輕，冷水較重（物理機理比較復雜就不詳細解釋）所以在熱水器中，不同的水的層面，溫度是不同的，水箱上層的水溫度高，下層的水溫度低，一般高度每下降100毫米，水溫降低5℃左右，以一個普通的太陽能熱水器為例，直徑為380毫米圖2-3-1水的分層現(xiàn)象示意圖第四節(jié)、太陽能熱水器的加熱測算做工程或者家庭使用，都要估計用戶的用水量，為此，需要進行計算，有的要對用戶普遍使用的加熱方式進行比較，為用戶測算太陽能的投入回收期。我們通過一個例子來說明這個問題。一、用水量的計算1、一般熱水量的估計：見表2-41-1表2-41-1各種情況下的用水測算表用水情況賓館盆浴旅社淋浴企業(yè)高管和高檔家庭一般家庭和待遇較好的企業(yè)待遇一般的企業(yè)估計的用水量(升/人一：一個工廠200人，高管和中層50人，工人采用提水方法考慮：中層以上50升/人，職工20升/人總用水量=50升*50人+20升*150人=5500升=5.5噸家庭用水由于考慮到陰雨天，一般均會將用水量擴大一倍。例二：一個五口之家考慮按一般生活標準：30升/人，將用水量加大一倍，以應付陰雨天的用水，減少電加熱的時間。選擇家用太陽能的水箱容量=（30升/人*5）*2倍=300升當然不一定要一倍，適量多一點也可以。二、水的加熱估算1、每支直徑58*1800的真空管的一般的日產熱水量為11-14升，直徑47*1500的真空管日產熱水量為8升-10升2、每噸水配套的真空管數(shù)直徑58的約70-90支，在南方一般配套為每噸水76支真空管組成一個工程模塊，直徑47的目前比較流行的配套是每0.5噸水50支真空管組成一個標準模塊。一般工廠均按以上標準生產模塊。我們作為安裝者只需買標準模塊來安裝就行了。對于家用太陽能，一般每只管按10升產水量測算，一般每人按5只管計算。3、用水量的較精確計算這里我們引進兩個概念：*千卡（也稱大卡）=1000卡：首先我們要了解卡（K）：它是1立方厘米水在理想狀態(tài)下溫度升高1度所需要的能量。由于它表示的能量太小，所以一般用1000卡來進行計量。在理想狀態(tài)下，將一升水升高1度的熱量是：1升水=1000平方厘米水，升高一度需要1000卡的熱量。將1升水升高100度需要100千卡的熱量現(xiàn)實中也往往用噸來計量1噸水=1000升，將1噸水集熱1度的熱量為：1千卡*1000升=1000千卡以上我們所說的情況是不考慮散熱等情況的理性狀態(tài)，實際環(huán)境中應該估量一個損失，也就是說只能按76%-86%來估算水的實際的的熱量?？紤]實際情況如下：1000大卡（以前稱千卡）的熱量能使得1噸水溫度上升0.76-0.86度從另一個角度講，加熱1噸水1度需要：1000大卡/76%-86%=1315-1162大卡的熱量值。我們來看一度電的概念：1度電=1000瓦時=1000立方米水升高一度需要的熱量=理想中的1000大卡由于只有在理想狀態(tài)下以上公式才能成立，考慮到效率的問題，一般情況下，我們用一度電產生860大卡的能量來進行測算的，（也就是說一度電只可以將860升的水（0.86噸）加熱1度）以下表格就是常用的燃料和電產生的熱值，可以用來測算加熱系統(tǒng)的產熱水平和對各種加熱系統(tǒng)進行評估。各種發(fā)熱體的計算依據(jù)表發(fā)熱體名稱單位熱值（大卡）參考價格（元）考慮熱效率（%）1噸水加熱1℃電度（千瓦時）8600.8960.968煤公斤50000.5600.167柴油公斤102008.3801.017管道天然氣立方米86003.5750.5426液化石油氣立方米2400019.6751.089注：經換算1噸水加熱1℃的費用=100升水加熱10第五節(jié)、太陽能熱水器的安裝與緯度的關系太陽能熱水器效果的好壞與安裝角度和緯度有關系，一般來講太陽能應朝南安裝，南偏西10度是公認的理想角度，但如果受條件限制，南偏西或正西方向也可以，筆者安裝不少正西方向的熱水器，感覺與南偏西10度安裝的效果相差不大。太陽能熱水器的緯度怎么確定？可以直接查看地圖手冊，一般在介紹該省的地理環(huán)境時，都有介紹當?shù)氐木暥?，比如廣東省的平均緯度是23度，這個是春分時節(jié)太陽的位置，到了冬至時，該地的太陽位置大概提高了10度，太陽能參考冬天時段太陽位置來設計太陽能的角度為好。為此，太陽能熱水器斜度一般選擇角度比當?shù)毓嫉木暥却?0度的產品。比如廣東省的平均緯度為23度，那么選斜角為33度的產品為好，如果沒有正好的，可以選擇度數(shù)較近的產品，比如35-38度的產品。太陽能的角度與緯度一致時，太陽光與太陽能集熱器平面成90度直角，太陽直接射入吸收層表面，效果最好，（如圖2-5-1）如果入射光線不與真空管表面垂直，就會產生吸收面積減少和折射、反射現(xiàn)象，吸收效果下降。這個問題目前尚未引起太陽能界的重視，沒有準確的實驗數(shù)據(jù)。根據(jù)我們的實際效果判斷，角度相差10度，效果下降15%，也就是說，偏差1度，效果下降1.5%。圖2-5-1不同角度的太陽能熱水器效果示意圖第三章太陽能熱水器的安裝設計及安裝太陽能熱水器在中國已經實際使用超過15年了，從當初故障很多到基本正常，太陽能工作者走過了一條艱辛之路，也總結了許多寶貴的經驗。相對于一般家用電氣產品，太陽能的可靠性還是比較差的，所以針對每一個客戶的情況，提出一套可靠的安裝方案是十分重要的。三分質量七分安裝反映了當前太陽能熱水器的使用狀況。第一節(jié)、一般家用太陽能熱水器幾種常用的安裝方法：一、手動控制太陽能熱水器安裝圖圖-3-11-1是最簡單的太陽能熱水器的安裝圖，在用戶房間內，打開進水閥門4，自來水通過打開的手閥1進入太陽能水箱，待水箱的水裝滿了，就會通過排氣口3外接的管道流出來，流到用戶的接水槽，用戶看到水流出的信號，關掉進水閥。太陽能熱水器進水過程結束。太陽能的水經一天太陽的照射，水溫逐步提高，晚上就可以使用了。安裝太陽能熱水器的特別注意事項，一般太陽能熱水器是不承壓的，排氣口3是不能堵住的，否則自來水的壓力一般有2-6公斤/每平方厘米，將會將水箱壓爆，另一方面，不進水時，進水閥門1關閉，如果用戶用水時，會產生抽真空現(xiàn)象，水箱周圍將受到每平方厘米1公斤的大氣壓力，水箱將會被大氣壓扁（抽扁）。由于進排氣口是太陽能的呼吸通道，一旦被堵住將產生極大的破壞性后果，提醒安裝者應特別注意。形象地圖示1、炸桶，2、抽癟，抽癟的實際攝影圖3-11-2。圖3-11-2實地拍攝的排氣口堵住，造成水箱抽癟的圖片（南非）如果遇到陰雨天氣，可以插上電源，進行電加熱，但注意用水時應關掉電源，防止水用干時電加熱棒燒毀，如果采用留一部分水的辦法也可以防止電熱器燒毀，一般采用如下兩種辦法來保護電熱器不被燒毀：圖3-11-3：下出水的熱水器為了保護電加熱器不會干燒，我們將熱水取水口內接了一個取水導管，這樣水箱內的水就不會降到電加熱器的發(fā)熱管以下，這樣就保護了發(fā)熱管。圖3-11-4：邊出水的熱水器，為了防止發(fā)熱管干燒，在熱水出口設計了一個U型的熱水管出口，這樣，太陽能水箱中的水位就始終高于發(fā)熱管體，這樣在熱水用掉后，水箱中還保留一部分水，也就保證了系統(tǒng)的正常工作。U形管設計在太陽能水道的設計中經常使用，讀者只要在碰到問題時，能夠靈活應用U管的原理，可能會給您帶來幫助。手動進水裝置是最簡單最可靠的太陽能使用方案。廣泛使用在農村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該系統(tǒng)由于觀察不到太陽能的溫度，無法自動上水，用戶在使用時不是很方便。二、機械式自動進水安裝方案1、減壓閥控制的機械自動進水方案由于手動進水存在不方便的地方，人們采用了一些機械式自動進水的方法，在這里我們介紹二種比較普遍，安裝比較簡單又比較可靠的方案：減壓閥如圖3-12-1，是一種經常用到的機械式自動進水的控制部件，它的可靠性較高。圖3-12-2是典型的減壓閥控制的機械式自動進水太陽能熱水器：自來水經過閥門4，經過減壓閥5進入水箱，當水箱的水位升高到一定高度時，對減壓閥形成一個反向的壓力，這個壓力與自來水經減壓閥減壓的壓力相等，進水停止。由于自來水的壓力隨著用水人數(shù)的的變化而變化，還有一些其它情況也會引起水壓的變化，所以反向水壓，也就是水箱的水位也應有一個變化的空間，我們在前面基本原理一章已經提了水的壓力只與水的高低有關，與水量的大小無關，我們在排氣口3接上一段水管，約一米長，一般減壓閥可調整太陽能水箱的水位高度范圍在減壓閥的出水口上方0.05～0.8米左右，了解了減壓閥的這一性能。我們可以通過減壓閥來調整水箱水的高度，我們水箱水的高度一般在0.4米以下，加上開關等管道配件，一般在0.6米以下。我們可以調整減壓閥的水位高度，使水位正好在排氣水管的中間處，這樣自來水水壓即使有變化，在低壓時，水也能充滿水箱，水壓高時水也不會冒出來了。2這種方案下太陽能是一邊出水一邊進水，太陽能熱水器的要求是慢進快出，減壓閥的進水速度是15升/分鐘，一般進滿200升的水箱約15-20分鐘，該方案符合這個要求。熱水的分層原理告訴我們，水箱里的熱水是按上層溫度高，下層溫度低來分布的，所以為了取得高溫的水，我們在出口2內接上一個15厘米的導流管，使得上方的熱水能流出來，減壓閥緩慢進的冷水又慢慢進入水箱，根據(jù)分層原理，冷水將逐步占據(jù)水箱底部和真空管內，將原來在水箱底部和真空管內的熱水置換出來，頂?shù)剿涞纳喜?，這樣又可以通過導流管6流出水箱。導流管的長度應根據(jù)客戶情況定，客戶用水較快，導流管短一點，反之，長一點，同時要求導流管控制的水面高度應高于電加熱的發(fā)熱管的高度，這樣電加熱器才不會燒毀。2采用減壓閥控制進水的方案，可靠性很好，一般2-3年內基本沒有故障，它的缺點就是一邊進水一邊出水，水箱里的熱水無法充分利用，總會留下一部分與冷水混合?？梢圆捎脺囟扔嫼蜏囟瓤刂频奶柲芸刂苾x控制溫度，溫度控制的可靠性很高，況且溫度控制系統(tǒng)損壞，也不會影響太陽能的使用，只是看不見溫度和無法加熱罷了。這個方案最大優(yōu)點就是可靠性高，對于人均可供水量較大的用戶可以采用該方案。減壓閥進水的方案很多，具體可以參考它的產品說明書。2、副水箱進水的方案：圖3-12-3顯示的就是一個典型的副水箱自動進水方案。該方案的原理與減壓閥反感基本一樣，只是進水的方式不一樣，進水方案與抽水馬桶的原理一樣，這個方式經過人們幾十年的應用，不斷完善，也是一個十分可靠的方案。圖3-12-4是減壓閥和一個產品化的副水箱的安裝辦法，用戶也可以自己制作副水箱。圖3-12-4減壓進水閥和副水箱安裝的太陽能三、帶太陽能控制儀的太陽能熱水器的安裝1、如圖3-13-1，這是太陽能熱水器安裝中應用的最廣的方案，太陽能的運行由太陽能控制儀8控制，當太陽能熱水器水箱水位低于最低水位時，由控制器打開電磁閥1，使得水箱進水，當水位升到用戶設定的最高水位時，控制器關閉電磁閥1，進水停止。用戶可以指定上水時間，當指定時間到時，只要水位不超過最高水位，控制器就打開電磁閥1進水，直至水位達到最高水位為止?？刂破饕部梢允謩訌娭七M水：當按下手動進水鍵時，控制器打開電磁閥進水直到水位達到最高水位為止。控制器還可以控制電加熱，當按下電加熱鍵時，控制器導通電加熱器7的電源，電加熱器工作，直到用戶指定的溫度為止。當溫度下降到指定溫度以下3-5度，控制器重新啟動電加熱，將水加熱至指定溫度。用戶還可以指定加熱時間，在某一時間，太陽能水箱的溫度達不到設定的溫度，控制器就會導通電加熱器，將水箱的水加熱至設定的溫度為止。控制儀還有保護作用，當水位下降到某一點時，電加熱停止，直到水位回升到該點以上。（一般是50%的水位）。2、安裝圖3-13-2顯示了控制儀安裝的另一種比較普遍的安裝方法。這個方案與上一個方案基本相同，只是溫度探頭和水位探頭分開，水位探頭一般采用浮子式探頭，由于水位探測在太陽能水箱外面，溫度較低，探頭的工作環(huán)境比較好，不容易出故障。第二節(jié)、太陽能熱水器的安裝方法和的基本知識一、安裝中注意的問題太陽能熱水器的安裝并不難，只要注意如下的問題：1、安裝工作最好由有一定經驗的專業(yè)人員承擔，有一定鉗工電工基礎的在本書指導下也可以自己安裝，一般的人只要理解本書，嚴格按照本書的方法，照樣可以裝好太陽能熱水器。2、安裝方向應選擇南偏西方向，以南偏西10°為最佳角度，迎陽方向遮擋物越少越好。3、熱水器應該安裝牢固，一般采用D8*60的膨脹螺栓固定太陽能的各個支腳，必要時還要拉鋼絲繩索。以免臺風等自然災害的損害和造成人身傷害。4、水箱的進排氣口嚴禁堵塞，否則將造成水箱報廢。嚴禁堵住排氣管，圖3-21-1顯示了太陽能安裝經常出現(xiàn)的錯誤安裝的情況，這些錯誤將導致太陽能熱水器的報廢。由于水蒸氣的緣故，太陽能熱水器的排氣口會有少許液體排出，這是正常的現(xiàn)象，千萬不要將排氣口堵住。太陽能熱水器的特點是三分質量七分裝，所以要嚴格按本書要求安裝。二、安裝前的準備工作1、安裝前的情況判斷及最可靠的安裝方案的確定“三分質量七分安裝”這句太陽能行業(yè)的流行語道出了太陽能熱水器安裝的重要性，而一個好的安裝首先必須要求安裝者確定一個好的安裝方案。一般情況下太陽能熱水器的最大缺陷就是故障率較高，所以一切安裝都應考慮最可靠的方案來安裝太陽能。按照可靠性來排列，手動的安裝方法最可靠，其次是機械式安裝方法，控制儀的安裝方法可靠性最差。從使用方便來衡量，控制儀的安裝方法最方便，其次是機械式的。應該結合用戶的情況來決定安裝方案，一般的原則如下：維修條件差的，比如遠離城市和維修點，用戶本身使用電器水平不高的，應該盡量采用最可靠的安裝方法，比如手動安裝方案。維修條件中等的，盡量采用機械式安裝方式。對維修條件好的，如在城鎮(zhèn)，離工廠的保修點近，用戶本身機電常識好的，可以采用帶控制儀的安裝方案安裝。2、管道的布置和導線的預先安裝在太陽能熱水器安裝前，用戶往往要在房子裝修時將管道和線路安裝好，往往請?zhí)柲芙涗N商進行實地指導，并提出管道和線路預先安裝（預埋）方案，這樣就不會影響房間的美觀。圖3-22—1提供了一套圖紙，可以供用戶施工時參考。一般情況下，從控制儀出引出3（2）條電加熱線到太陽能的附近，線徑根據(jù)電加熱器功率的大小來決定，在1500W-3000W范圍內，用戶一般采用2.5平方毫米的導線就可以了。信號線一般包含2條電磁閥線，4條水溫水位信號線，一般采用0.25左右的多股軟導線，不少用戶采用8芯的網(wǎng)絡線代用，效果也可以，在這種情況下，可將其中4芯并成2芯作為電磁閥的導線，這樣導線承載電流大一點，今后如果碰到8芯線斷線1-2根時（經常碰到），可以啟用多余的導線，及時修復。水管一般有冷水管、熱水管，管徑為20-25mm為好，太大將造成管中冷水儲水太多。對于考慮采用管道循環(huán)的用戶，可以加裝回水管，回水管的管徑一般為20mm，不要太大。三、太陽能熱水器的安裝過程一般來講，太陽能熱水器的安裝步驟如下。安裝支架安裝支架安放水箱安裝電加熱，接口等附件安裝管道、導線、電磁閥、水泵控制器等進水等水從真空管口流出來時，開始順序將真空管插上檢查安裝情況，設置控制儀狀態(tài)，將水加滿加固（膨脹釘、鋼絲繩、水泥等；填寫合格證，保修單，太陽能安裝完成支架安裝支架按照示意圖安裝：圖3-23-1支架安裝照片3-23-2組圖：支架安裝時先不要將各個螺栓鎖緊，要等水箱就位后，再逐步鎖緊螺栓，在鎖緊過程中注意對準底托孔應對準水箱的真空管孔，不能出現(xiàn)歪斜的現(xiàn)象。圖3-23-2組圖1：安裝支架圖3-23-2組圖2：安裝細節(jié)、圖3-23-2組圖3：托架的安裝細節(jié)圖3-23-2組圖4：托架安裝好安裝水箱2、真空管的安裝：真空管的安裝是太陽能熱水器安裝重要環(huán)節(jié)，太陽能其他安裝技術和工藝與一般設備安裝沒有區(qū)別，主要區(qū)別就是在插真空管上，可以說敢插真空管，你就掌握了太陽能熱水器安裝基本技術。真空管安裝如圖所示：圖1-11-2所示：真空管安裝過程圖3-23-4組圖 圖3-23-4主圖1圖3-23-4主圖2安裝要點：在管口和硅膠圈上涂抹洗潔精等潤滑劑，套上擋風圈后一手握住管尾，保護住真空管的抽氣咀，均勻用力并帶一定旋轉將管插入水箱。見圖3-33-4組圖。經驗告訴我們：水箱支架安裝好后，不要急于插管，而是轉為安裝線路、管道等，等電路水路通時，先進水，當水滿到管口時，水會流出來，這樣桶中的一些加工中殘留的泡沫屑浮在水面上，順勢流出水箱，水還可以作為潤滑劑，使得插管變得容易，尤其在太陽光強烈的情況下，真空管一插入水箱，管中就充滿了水，真空管就不會炸裂。這樣插管，可以防止炸管，比較好。如果插管后管中沒水，當太陽照射在真空管表面5分鐘以上，真空管管口的溫度就可能達到200℃3、管線安