1、高层住宅太阳能热水系统如何选配搪瓷内胆水箱作者：陶礼德摘要 目前太阳能热水系统的技术水平还处于低端的太阳能热力工程阶段，需要进一步探索高层住宅太阳能热水系统的新技术新方案。本文针对高层住宅太阳能热水系统，怎样选配搪瓷内胆水箱问题进行了深入研究。关键词 太阳能热水系统 高层住宅 搪瓷内胆水箱0 前言随着高层住宅的高速发展和节能减排意识的深入，北京市颁布实施了北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法 ，这是国内第一部规定 13 层以上高层住宅安装太阳能热水器的“强装令” ，它标志着太阳能产品从低端的家用机迈向高端多元化的热水系统，将成为全国大中城市发展的风向标。然而，目前太阳能热水系统的技术水平还
2、处于低端的太阳能热力工程阶段，需要进一步探索高层住宅太阳能热水系统的新技术新方案。本文针对高层住宅太阳能热水系统，怎样选配搪瓷内胆水箱问题进行了深入研究，希望与业内同行共同推动高层住宅太阳能热水系统设计水平的提升。1 系统分析1.1 系统布局高层住宅特点是楼层高，屋面面积相对较小，特别是塔楼的阴面住户多，如何利用有限的屋面面积，安装尽可能多的太阳能集热器，来满足 1330 多层楼、上百户居民的热水供应问题，采用常规的集热器安装方式设计，屋面面积显然不够。因此，必须采取屋面集热为主、南立面阳台集热为辅、东西墙集热结合的多元化集热系统规划布局，才能解决高层住宅所有住户的太阳能热水问题。高层住宅太阳
3、能热水系统类型与规划布局见图 1：图 1 高层住宅太阳能热水系统类型与规划布局高层住宅太阳能热水系统布局的设计原则：最大程度地利用有限的屋面面积；尽可能采用直接集热系统，尽量减少循环换热环节的级数；需要换热时尽量采用高效率的换热水箱；尽可能采用人性化的智能控制系统，远程集中控制为主体；提倡采用 IC卡预付费热水管理系统；集中供热系统尽量减少管道长度、管径和热损；全面考核评定系统的太阳能热利用率；尽量减少维修人员的入户检修概率。1.2 系统控制高层住宅集中集热太阳能热水系统，应采用具有智能控制的无线（有线）远程控制系统、故障保护自救控制系统。使物业管理人员在中央控制室，能够接受系统故障报警，观察
4、各楼宇热水系统运行、使用状况，及时控制或调整系统辅助热源开启和运行参数，最大程度地利用太阳能热水，减少辅助热源的使用量，充分凸显节能减排的意义，确保用户全天候使用热水。当高层住宅屋面集热面积不足时，可利用南立面阳光，安装阳台壁挂式太阳热水系统。在楼宇密度不大的情况下，2/3 楼层的阳台都有充足的阳光，每户设计安装一套阳台壁挂太阳能热水系统。还有 1/3 的低楼层住户阳光遮挡较多，使用屋面集中集热太阳能热水系统，实现多元化太阳能热水系统方案。1.3 热损问题高层住宅特点是：楼层高，单元上下用户多，供、回水管道长、流量大、管径粗，热损比多层住宅大。集中集热/分户换热系统的供热管路设计原则是：尽量减
5、少换热管道长度，以减少循环管路的热损失。优先采用直流排空系统，集分换热采用高效率的换热水箱，减少换热效率损失。易损部件尽量设计安装在公共通道，以减少入户检修概率。高层住宅各类太阳能热水系统特点与评价见表 1：表 1 高层住宅各类太阳能热水系统特点与评价系统类型 系统特点 评价集中集热/恒温储热/分户IC 卡计量供热水共用集热系统，多热源恒温供热水，各户 IC 水表安装于单元水暖井，热水管入户，管道少热利用率高。水费电费折算入热水费， IC 卡预交费（可自助缴费） 。适合楼层高的板楼、塔楼，单元户型多、有阴面户型、前后楼阳光遮挡严重的楼宇。热水互补性强，辅助能源易选择多热源，易实现智能远程控制，
6、故障率低，入户维修少，管道少，热损小，太阳能热水利用率高。IC 卡预交费，无热水费收缴亏损。属智能化绿色住宅发展趋势。集中集热/分户换热（供热不供水）共用集热系统，分户换热供热不供水，热利用率低，造价高。系统运行在楼层不高，单元立管按层分户换热合适，需要入户维修，系统管道多，热损大，换热损失大，热利用率低，系费、管理费需要人工向住户收缴。各户水费电费自理。统运行费管理费收缴困难。阳台分户集热/单机循环换热储热每户一套系统，集热管道短，热损少，安装于自家阳台，住户间无干扰，系统造价低。在前后楼阳光遮挡少，阳台外观没有特殊要求的楼宇适合，全部入户维修。系统运行费水费电费全部自理，系统管道少，热损小
7、，热利用率高。1.4 水箱问题高层住宅集中集热太阳能热水系统的储热，使用大容量的立式圆柱形水箱和模块式工程水箱，除强调保温性能、水箱排垢和使用寿命外，无特殊要求。但分户储热太阳能热水系统使用的换热水箱要求比较讲究。北京市目前的高层住宅太阳能热水系统设计方案，大都采用了“集中集热/分户换热（供热不供水）系统” ，主要优点是万一太阳能热水系统不能提供热水，还有电加热可以提供热水，避免了因为太阳能热水系统故障引起投诉。该系统的主要缺陷是：热损大，太阳能热利用率低。如果选配的分户换热水箱换热效率又很低的话，那么太阳能热利用率就更低，真的只有靠电加热提供热水（等同于买一台电热水器） 。目前在分户换热水箱
8、选配方面还存在着很多误区。技术分析：分户换热储热水箱的主要功能是储热、换热、辅助加热。而取得太阳能热利用方面主要是换热。目前北京市部分高层住宅太阳能热水系统的设计方案中，采用有夹套换热搪瓷内胆水箱、胆中胆换热搪瓷内胆水箱、搪瓷盘管换热的搪瓷内胆水箱。对 3 种水箱的特性说明见表 2：表 2 3 种水箱的特性说明水箱种类 水箱的特性说明夹套换热水箱1不耐压，13 层以上的高层超过 40m，水管压强超过 0.4MPa，所以夹套水箱不能用于高层住宅作换热水箱。2.换热面积 0.50.7m 2，搪瓷内胆传热系数34W/(mK) ，换热效率偏低。3.易腐蚀穿孔，使用寿命短（68a） 。胆中胆换热水箱1优
9、点是耐压能力强，制造工艺简单。 2换热面积小，搪瓷传热系数 30W/(mK) ，换热效率很差。不宜用于高层住宅作换热水箱。3排气不畅，不能用于分户换热水箱。搪瓷盘管换热水箱1耐压能力较夹套水箱强。搪瓷盘管烧结时不完全熟化，会出现抗腐蚀能力下降问题。 2换热面积较夹套水箱小，搪瓷盘管传热系数30W/(mK) ，换热效率差。3搪瓷盘管卧式水箱易产生气堵（见图 2、图 3） ，不适用于高层住宅分户换热水箱。搪瓷盘管分户换热水箱如果采用立式安装，具有排气功能，不宜产生气堵，换热效率差的问题仍然存在，需谨慎选用。有些户型的卫生间空间狭小，立式安装占用空间大，因此选择卧式安装的也很多。搪瓷盘管分户换热水箱
10、采用卧式安装的问题很多，主要是管道粗，工质流量小，易滞留气体产生气堵，大大影响了换热效率。图 2 是静态时搪瓷盘管气堵示意图，图 3 是循环换热时搪瓷盘管气堵示意图，可见影响最大时，搪瓷盘管滞留气体约占盘管容积的 2/5，严重影响换热效率。图 2 静态时搪瓷盘管气堵示意图图 3 循环换热时搪瓷盘管气堵示意图2 如何选配搪瓷内胆水箱2.1 分户换热水箱选配高层住宅采用分户系统时，选用具有分户换热的搪瓷内胆水箱，原则上不存在技术问题。分户换热储热水箱的主要功能是：储热、换热、辅助加热。储热和辅助加热没问题，问题在换热上。分户换热水箱的换热器应具备 4 个条件：流道畅通、承压、换热效率高、使用寿命长
11、。 “流道畅通”在于流道通径无瓶颈，无气堵。 “承压”在于管道能够承受来自工质压强和水箱内自来水压强。 “换热效率”取决于盘管材料导热系数和工质流速流量，如搪瓷导热系数 1.18 W/(mK)；钢板导热系数 =48 W/(mK)；铝板的导热系数 =237 W/(mK)；紫铜的导热系数 =401W/(mK)。 “使用寿命”直接指换热器的使用寿命，整体指搪瓷内胆水箱的使用寿命。优秀的设计是：换热器的使用寿命终止，不影响搪瓷内胆水箱整体的使用寿命。根据北京市高层住宅普遍设计的“集中集热/分户换热系统”需要，经试验研究，设计了一种换热效率很高的分户换热储热水箱紫铜盘管换热储热搪瓷内胆水箱。如图 4 所
12、示，在搪瓷内胆端头，安装一组经过防腐处理过的紫铜盘管换热器，从工质入口到工质出口，盘管换热器顺坡螺旋上升，中间没有任何气堵可能。传热系数比搪瓷盘管大 10 倍，换热效率95%，承压能力 1.2MPa（30 层楼无需减压阀） 。紫铜盘管换热器使用寿命大于 10 年，更换紫铜盘管换热器不影响搪瓷内胆水箱整体使用寿命，水箱整体使用寿命 20 年以上，无论采用卧式、立式水箱，都能发挥其高效换热优势。2012 年投入使用后，客户反应效果非常好，在此介绍给业内同行分享，也许能弥补“集中集热/分户换热系统”管道长、热损大、换热效率低、使用寿命短的弊端。图 4 紫铜盘管换热储热搪瓷内胆水箱2.2 阳台壁挂水箱
13、选配阳台壁挂式太阳能热水器热不热，关键在系统配置。 阳台壁挂式太阳能热水器主要有两大部件：平板集热器、换热储热水箱。平板集热器的功能是将光转换为热，换热储热水箱的功能是将来自平板集热器的热媒与冷水换热升温、储存热水、电辅助加热。换热器的效率高低是阳台壁挂式太阳能热水器热不热的关键。目前市场上普遍使用的阳台壁挂式太阳热水器，水箱大都使用夹套换热的搪瓷内胆水箱，存在的主要弊端是夹套不耐压、换热效率低下、使用寿命短（68 年） ，而平板集热器的使用寿命都在 20 年以上，因为产品主要部件使用寿命不同步，是导致阳台壁挂式太阳能热水器系统使用寿命提前终止的主要因素。夹套搪瓷内胆水箱主要问题是“夹套” 。
14、夹套搪瓷内胆水箱制造时，在搪瓷内胆外缘焊接金属夹套，由于夹套距内胆只有 612mm 的夹层，搪瓷内胆烧结后，没有（无法）进行有效的防腐处理，当使用时灌装防冻液运行过程中，由于防冻液配制有 70%的水溶液，特别是在较高温度条件下，极易氧化腐蚀金属夹套，最终导致穿孔漏液。所以，夹套搪瓷内胆水箱的使用寿命一般在 68 年，只有极少数可达到 10 年以上。而平板集热器的使用寿命可达到 20 年以上，这样就出现了产品主要部件的使用寿命长短悬殊太大，系统整体使用寿命缩短的问题，给用户造成不必要的经济损失。采用上述紫铜盘管换热储热搪瓷内胆水箱，应用到阳台壁挂式太阳能热水系统同样具有高效换热优势，提高了阳台壁挂式搪瓷内胆水箱的换热效率，使 2m2平板集热器多产 20L 热水；耐压 1.2MPa（12kg） ；紫铜盘管换热器经防腐处理后，使用寿命大于 10 年，更换紫铜盘管换热器不影响搪瓷内胆水箱整体使用寿命。避免夹套搪瓷内胆水箱因夹套腐蚀，造成搪瓷内胆水箱使用寿命提前终止的问题。经多次试验和用户使用，采用紫铜盘管换热储热搪瓷内胆水箱配置的阳台壁挂式太阳能热水系统，2m 2平板集热器可产热水 120L，是阳台壁挂式太阳能热水系统的升级产品。希望在高层住宅的太阳能热水系统中，发挥其更加优越的性价比，提升阳台壁挂式太阳能热水系统的技术水平。
