家用太陽能熱水器及生產(chǎn)設(shè)備存在問題探討
發(fā)布時(shí)間：2015-06-10 點(diǎn)擊量：2698
（中國太陽能產(chǎn)業(yè)資訊薦） 從20世紀(jì)80年代我國第一根太陽能集熱管問世以來，經(jīng)過30年的發(fā)展，我國太陽能熱利用行業(yè)已形成完整產(chǎn)業(yè)鏈。到目前為止形成了以真空管為核心集熱元件的真空管式太陽能熱水器及熱水系統(tǒng)、以平板吸熱板為核心吸熱元件的平板式太陽能熱水器和熱水系統(tǒng)。
經(jīng)過行業(yè)內(nèi)外各界人士多年來的共同努力努力，太陽能熱水系統(tǒng)在產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量檢測(cè)、安裝、售后、標(biāo)準(zhǔn)等一系列相關(guān)技術(shù)方面取得了一定的成績。由于太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)僅僅具有20多年的時(shí)間，太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)還存在著許多不足，并且，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，新的技術(shù)也將逐步應(yīng)用到太陽能熱水系統(tǒng)中，不斷地促進(jìn)太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，滿足企業(yè)、市場(chǎng)、用戶不斷增長的需求?；诖耍疚膹奶柲軣崴鞲鞑考?、裝備等方面提出現(xiàn)有太陽能熱水系統(tǒng)的不足之處，并提出相關(guān)改進(jìn)意見。
一、家用太陽能熱水系統(tǒng)存在問題
家用太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)分類有直插式太陽能熱水系統(tǒng)和分離式太陽能熱水系統(tǒng)兩種。目前市場(chǎng)仍以非承壓直插式太陽能熱水系統(tǒng)為主，而分離式太陽能熱水系統(tǒng)則主要以承壓式陽臺(tái)壁掛熱水器為主。家用太陽能熱水系統(tǒng)主要包括4大部件，分別為全玻璃真空太陽集熱管、保溫水箱、支架和控制器。
1.集熱管
全玻璃真空太陽集熱管關(guān)鍵技術(shù)主要包括選擇性吸收涂層和結(jié)構(gòu)。選擇性吸收涂層主要包括鋁氮鋁選擇性膜系和銅鋁不銹鋼膜系，在現(xiàn)有技術(shù)和裝備條件下，兩個(gè)膜系都可以達(dá)到較高的性能，吸收比均可達(dá)到0.94以上，發(fā)射比低于0.05。因此，對(duì)于選擇性吸收涂層技術(shù)而言，在低溫?zé)崴畱?yīng)用的全玻璃真空太陽集熱管上已經(jīng)達(dá)到了極限。罩玻璃管的透射比一般在0.90左右，為進(jìn)一步提升集熱管的熱性能，可以通過在罩玻璃管表面制備AR膜，以提高罩玻璃管的透射比，進(jìn)而提升集熱管吸熱性能。一般通過在罩玻璃管表面制備AR膜，罩玻璃管透射比可提升3%～6%。
罩玻璃管的材質(zhì)為硼硅玻璃3.3，該材質(zhì)屬于高硼硅系列玻璃，具有較高的硬度和耐水性，滿足全玻璃真空太陽集熱管管中有水的使用條件?；诔杀究紤]，絕大部分全玻璃真空太陽集熱管壁厚為1.6mm，為同直徑條件下可選用玻璃管的最薄壁厚，過薄的壁厚容易造成集熱管在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中破損。GB/T 29159-2012《全玻璃真空太陽集熱管用玻璃管標(biāo)準(zhǔn)》的頒布和實(shí)施，為提升全玻璃真空太陽集熱管的質(zhì)量和品質(zhì)提供可支持性技術(shù)文件，通過對(duì)玻璃管的等級(jí)分級(jí)，使玻璃管和集熱管生產(chǎn)廠家可以有效地控制玻璃管的質(zhì)量。但目前能夠以此標(biāo)準(zhǔn)建立的玻璃管檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的廠家較少，絕大多數(shù)毛坯管和集熱管生產(chǎn)廠家都沒有建立毛坯管質(zhì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，使毛坯管的質(zhì)量分級(jí)和質(zhì)量控制基本處于失控狀態(tài)。
現(xiàn)有太陽能熱水系統(tǒng)的核心部件——集熱管仍以雙層同軸全玻璃真空太陽集熱管為主，其特征為管內(nèi)有水，以管中水受熱對(duì)流形式進(jìn)行換熱。該結(jié)構(gòu)基本解決了太陽能熱水系統(tǒng)的集熱和換熱問題。但也存在著一些致命的問題，主要表現(xiàn)為：
1）集熱管為玻璃制品，雖然硼硅玻璃3.3具有優(yōu)良的性能，但因外力導(dǎo)致一支集熱管破損時(shí)，集熱管中的水會(huì)流出，造成整臺(tái)熱水系統(tǒng)的水都會(huì)流出，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)也導(dǎo)致熱水系統(tǒng)無法正常使用。
2）集熱管溫度很容易達(dá)到60℃以上，因此，集熱管內(nèi)管內(nèi)壁極容易結(jié)水垢，尤其在水質(zhì)較差的地方更為明顯。集熱管長期結(jié)水垢造成集熱管堵塞，集熱換熱效率下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致集熱管性能喪失。
3）在北方冬季，因集熱管內(nèi)有水，在連續(xù)無太陽輻照條件下，集熱管內(nèi)的水容易結(jié)冰，嚴(yán)重時(shí)將集熱管凍炸，造成集熱管損壞及熱水系統(tǒng)無法使用，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致房頂跑水、結(jié)冰，造成嚴(yán)重的物質(zhì)損失。
4）目前絕大部分家用太陽能熱水系統(tǒng)都采用非承壓落差式結(jié)構(gòu)，集熱管中的水一般無法使用，造成系統(tǒng)熱效率下降。而且，由于是采用對(duì)流換熱方式，換熱效率低，使熱水系統(tǒng)的熱性能較低。
針對(duì)上述問題，提出了全玻璃熱管真空太陽集熱管，利用全玻璃熱管真空太陽集熱管無水相變換熱技術(shù)，徹底解決了有水管存在的諸多問題，實(shí)現(xiàn)了全玻璃真空太陽集熱管從有水、少水到無水方向的蛻變。目前，僅有清華陽光、滕州光普等兩三家集熱管生產(chǎn)企業(yè)掌握全玻璃熱管真空太陽集熱管的全部產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝和裝備等核心技術(shù)。能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。一部分廠家也開始進(jìn)入全玻璃熱管真空太陽集熱管的研制和試產(chǎn)。因此，全玻璃熱管真空太陽集熱管——相變無水管全面替代有水管是集熱管技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但還有很長的路要走。
2.水箱
儲(chǔ)熱水箱的主要問題有：內(nèi)膽漏水、發(fā)泡保溫和水箱使用中的排氣補(bǔ)氣。
儲(chǔ)熱水箱內(nèi)膽主要采用SUS304-2B不銹鋼材料，一般采用氬弧焊接技術(shù)。但若焊接工藝控制不好，則容易出現(xiàn)過熱問題或焊接不足的問題，長時(shí)間使用，易造成氯離子腐蝕，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫漏水，產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題。因此，可通過提高工人技術(shù)、技術(shù)管理水平、一次焊接合格率等，來提高產(chǎn)品品質(zhì)。目前有一些水箱生產(chǎn)企業(yè)為解決氬弧焊接難于控制的問題，提出了免焊技術(shù)。
為了控制成本，一些生產(chǎn)企業(yè)，在選擇內(nèi)膽不銹鋼板材時(shí)，較大幅度地降低了不銹鋼板的厚度，甚至采用了0.37mm、0.31mm的不銹鋼板。而在GBT 25969-2010《家用太陽能熱水系統(tǒng)主要部件選材通用技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)》中，明確要求內(nèi)膽的壁厚應(yīng)不小于0.5mm，過薄的內(nèi)膽難以保證水箱具有較長的使用壽命。
儲(chǔ)熱水箱常用的保溫材料為聚氨酯，為提高保溫性能，滿足北方寒冷地區(qū)的使用，部分產(chǎn)品采用加厚的聚氨酯保溫層，厚度可達(dá)到55mm～65mm。聚氨酯保溫的問題主要在于發(fā)泡時(shí)可能產(chǎn)生空洞，該現(xiàn)象主要存在無壓力多次打料的立式發(fā)泡工藝。通過采用臥式帶壓發(fā)泡可以很好地解決聚氨酯發(fā)泡空洞問題，能夠滿足儲(chǔ)熱水箱的保溫要求。但大部分熱水器廠家仍沒有采用帶壓發(fā)泡技術(shù)。
儲(chǔ)熱水箱使用中排氣補(bǔ)氣問題在北方地區(qū)比較突出，這主要是因?yàn)樵诒狈降貐^(qū)冬季，水箱中的水蒸氣在通過排氣管排出時(shí)，容易在排氣管孔處冷凝結(jié)冰，并最終將排氣孔堵死。當(dāng)室內(nèi)用水時(shí)，因管口被堵死，無法向水箱內(nèi)正常補(bǔ)氣，造成水箱內(nèi)膽吸癟問題。不合理的排氣補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)對(duì)北方地區(qū)家用太陽能熱水器的使用是致命的。這導(dǎo)致一大部分家用太陽能熱水器在北方冬季不敢使用或不能使用。通過合理的排氣補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確保排氣口不被凍堵，則可以很好地保證冬季的正常使用。
3.支架
家用太陽能熱水系統(tǒng)支架分為3種：鋁合金支架、碳鋼支架、不銹鋼支架。早期以清華陽光為代表的鋁合金桿式支架結(jié)構(gòu)合理，抗風(fēng)、抗拉、抗壓、抗腐蝕能力強(qiáng)。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，以皇明為代表的碳鋼塔式支架開始引領(lǐng)市場(chǎng)。
與鋁合金支架對(duì)比，塔式支架的最大優(yōu)點(diǎn)是外觀更美觀，更符合消費(fèi)者感官的需求。而在耐候、耐腐蝕、抗風(fēng)能力方面塔式支架則不如鋁合金桿式支架。鋁合金支架一般由鋁合金型材拉制而成，質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性好。而碳鋼塔式支架需要表面鍍鋅、噴塑防腐處理，對(duì)工藝和質(zhì)量控制要求較高。目前，不銹鋼支架因成本較高而在逐漸退出市場(chǎng)。
目前支架存在的主要問題是為降低成本而采用薄的碳鋼板，冷鍍鋅鋼板代替熱鍍鋅鋼板，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較單薄，導(dǎo)致支架耐腐蝕能力、抗風(fēng)能力和支撐能力大幅度下降，造成熱水器用不了幾年就破損，倒塌。
4.控制器
家用太陽能熱水系統(tǒng)傳感器關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)在于水位傳感器?，F(xiàn)有水位傳感器主要有以下4種形式：浮子式、電極式、電容式和壓力傳感器式。由于水位傳感器是安裝在儲(chǔ)熱水箱內(nèi)，因此，所使用環(huán)境非常惡劣，所出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）耐高溫問題
傳感器要長期工作在熱水器水箱中，熱水器水溫大部分時(shí)間都在50℃以上，短時(shí)間不使用熱水器，熱水器水箱溫度能達(dá)到100℃左右，長時(shí)間空曬條件下可以達(dá)到150℃，這就對(duì)傳感器帶來了耐高溫問題，傳感器的材料在耐高溫方面一直存在缺陷，在長期的空曬、水煮、汽蒸過程中，不管是電子器件還是其他的傳感器材料都很容易老化、損壞。
2）密封問題
水位傳感器都直接接觸水源。一些感光的器件做成探測(cè)水位的傳感器成本又過高，作為一個(gè)熱水器配件的成本占整個(gè)熱水器成本很大一部分也很不合理，同時(shí)也超過了人們的購買能力。壓力傳感器又難逃水垢的影響，使壓力傳感器的壽命大打折扣。電極式傳感器一直是太陽熱水器傳感器的主流，但是電極、信號(hào)線和感溫器件的密封問題一直困擾著眾多傳感器研究者們，如信號(hào)線被水汽腐蝕，電阻增大甚至腐蝕斷信號(hào)線，直接導(dǎo)致控制部件失靈。
3）耐水垢問題
我國水質(zhì)各地不一，由于水質(zhì)問題而來的水垢給傳感器帶來很多麻煩，水垢附著在電極和感溫塊上，造成傳感器感知水位水溫不準(zhǔn)確。采用硅膠類或聚四氟乙烯類材料涂敷在傳感器表面可以減輕水垢的產(chǎn)生，但很難從根本上解決結(jié)垢問題。
4）信號(hào)傳輸問題
當(dāng)今社會(huì)信息縱橫，高壓線、低壓線、信號(hào)塔等電磁干擾源更是多的令人難以想象，這對(duì)傳感器的信號(hào)傳輸帶來很大的影響，以前大多使用電子模擬信號(hào)，雖然有濾波電路的保護(hù)，但還是不能達(dá)到理想的效果。
5.生產(chǎn)裝備
根據(jù)家用太陽能熱水系統(tǒng)的4個(gè)主要部件特點(diǎn)，其生產(chǎn)線也分為4個(gè)部分：集熱管生產(chǎn)線、儲(chǔ)熱水箱生產(chǎn)線、支架生產(chǎn)線和控制器生產(chǎn)線。由于太陽能熱利用企業(yè)眾多，絕大部分生產(chǎn)規(guī)模都很小，產(chǎn)值達(dá)到5億元以上的僅有皇明、太陽雨、力諾、四季沐歌、清華陽光等極少數(shù)的太陽能熱利用企業(yè)，產(chǎn)值達(dá)到1億以上的企業(yè)不足20家，絕大部分企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模都在幾萬臺(tái)以下。其生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度也比較低，絕大部分企業(yè)仍然是單機(jī)、單件、手工作坊式生產(chǎn)。
盡管如此，隨著生產(chǎn)裝備的技術(shù)提升，以及家電企業(yè)、電子類企業(yè)的逐步介入，產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提升，使企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)開始顯現(xiàn)出來，這促進(jìn)了儲(chǔ)熱水箱、支架和控制器的生產(chǎn)開始顯示出自動(dòng)化生產(chǎn)模式。但目前大部分集熱管生產(chǎn)企業(yè)仍然采用單機(jī)手工作坊式生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，其產(chǎn)業(yè)裝備有待進(jìn)一步升級(jí)。
目前我國家用太陽能熱水系統(tǒng)無論在使用中還是在生產(chǎn)中都存在不少問題，要想得到解決，只有從加快制定產(chǎn)品、質(zhì)量、安裝、安全等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)入手，為家用太陽能熱水系統(tǒng)升級(jí)提供支撐。要以強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，強(qiáng)制提升太陽能熱水系統(tǒng)及相關(guān)零部件的質(zhì)量，提升太陽能熱水系統(tǒng)的品質(zhì)，保證太陽能熱水系統(tǒng)高質(zhì)量、高性能，保證用戶使用安全、可靠。另外，加速自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)，加大自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線建設(shè)，淘汰手工作坊式落后生產(chǎn)方式，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，降低人為因素降低產(chǎn)品質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)。只有這樣，才能提高太陽能熱水系統(tǒng)的生產(chǎn)品質(zhì)和使用效果保證。
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