分單元電加熱式太陽能熱水器水箱的研究與設(shè)計

柳延?xùn)|

(賀州學(xué)院,廣西 賀州 542800)

分單元電加熱式太陽能熱水器水箱的研究與設(shè)計

柳延?xùn)|

(賀州學(xué)院,廣西 賀州 542800)

目前廣泛使用的太陽能熱水器在使用電輔助加熱時不能根據(jù)實際用水量來個性化的選擇需要進行電輔助加熱的水量和加熱溫度的問題。分單元電加熱式太陽能熱水器水箱在一定程度上實現(xiàn)依需定產(chǎn)進而達到節(jié)能節(jié)約的目的。

太陽能熱水器;分單元;電輔助加熱

1 引 言

不久前召開的哥本哈根會議,讓世人的目光再次聚焦低碳經(jīng)濟。在全球能源形勢緊張、氣候變暖嚴重威脅經(jīng)濟發(fā)展、常規(guī)能源供給緊張和人們環(huán)保意識的不斷加強的大背景下世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略,以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢地位。太陽能是一種可再生能源,它具有廣泛性、安全性、巨大性和長久性而引起各國的高度重視,世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。在太陽能利用技術(shù)中,太陽能熱水器以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點,迅速贏得了廣大消費者的青睞,太陽能熱水器已經(jīng)成為太陽能技術(shù)應(yīng)用中最受關(guān)注、普及率最高、發(fā)展最快、技術(shù)最為成熟、同時也是潛力最大的太陽能產(chǎn)業(yè)。近年來我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,已進入一個技術(shù)化、規(guī)?；⒏哔|(zhì)量和高性能的新時期,2009年熱水器行業(yè)銷售額超過500億元銷量超過3000萬臺,而且5年內(nèi),這個行業(yè)年均增長30%的勢頭應(yīng)該不會減弱。[1]但是,在這種大機遇,大前景面前,太陽熱水器新科技含量少,個性化適應(yīng)能力差等問題已經(jīng)成為太陽熱水器行業(yè)不容忽視的問題。當今的中國太陽能熱水器市場上,已經(jīng)不再缺少太陽能熱水器產(chǎn)品,缺的是具有高度適用性的人性化的,具有高度個性適應(yīng)性的太陽能熱水器?？v觀國內(nèi)太陽能熱水器市場,近年來確實發(fā)展迅猛,市場不乏精品,但還有許多有待進一步改進之處,本文所談的“分單元電加熱式太陽能熱水器水箱”實際上就是對目前市場上廣泛流行的太陽能熱水器進行的一個小小的改進,在其中并沒有什么高深技術(shù),甚至對熱水器專業(yè)研發(fā)人員來說是不齒研究的一個“小兒科”的問題,但經(jīng)過這一改進之后的太陽能熱水器在適用性、人性化及節(jié)約資源方面的作用確是不可低估的,下面對“分單元電加熱式太陽能熱水器水箱”的設(shè)計思路和工作原理進行簡要說明,以期能夠給相關(guān)人員帶來一點啟示。

2 太陽能熱水器分單元電加熱式水箱的背景技術(shù)

人們使用太陽能熱水器的一個重要原因就是太陽能熱水器的節(jié)能方面的突出表現(xiàn)。我們知道,太陽能熱水器之所以能能夠產(chǎn)生熱水是因為它吸收了太陽輻射,目前大多數(shù)太陽能熱水器都屬于“全天候型”,可是在陰雨天沒有太陽時,它的熱水是如何產(chǎn)生的呢?其實所謂的“全天候型”太陽能熱水器就是在普通太陽能熱水器的基礎(chǔ)上增加了電輔助加熱或其它輔助加熱系統(tǒng)。在陽光不足,依靠太陽能不能產(chǎn)生足夠的熱水或水溫達不到使用要求時時輔助加熱系統(tǒng)啟動,從而保證可以使用到熱水。目前流行的太陽能熱水器輔助加熱系統(tǒng)以電輔助加熱居多。據(jù)調(diào)查,目前使電輔助加熱的太陽能熱水器在設(shè)計上還有許多地方可以進一步改進,以增強其用性和適應(yīng)性。比如,目前的電輔助加熱系統(tǒng)一般都是對整個水箱中的水加熱,不能根據(jù)實際熱水的需求量來調(diào)節(jié)需要用電輔助加熱的水量,有時會出現(xiàn)需要使用的熱水不多,可是每次要對整整一箱水加熱后才能使用,剩余的熱水白白浪費掉。這樣每次進行輔助加熱需要很長時間,一般要超過三個小時,給使用帶來很大不便,并且還要消耗大量的電能,特別是使用容量較大的熱水器時這種浪費現(xiàn)象更為明顯。

3 太陽能熱水器分單元電加熱式水箱的研究與設(shè)計

3.1 太陽能熱水器分單元電加熱式水箱設(shè)計需求分析及設(shè)計思路

要克服目前流行的太陽能熱水器在使用電輔助加熱時出現(xiàn)上述不便的關(guān)鍵就在于如何能根據(jù)不同的熱水需要量來確定需要進行電輔助加熱的水量,而目前的太陽能熱水器的電輔助加熱實現(xiàn)方式一般是在儲水箱中加裝電熱元件,需要電輔助加熱時接通電源,對整個水箱中的水加熱,儲水箱是一個貫通的整體,要么全部加熱,要么全部不加熱,無法劃分區(qū)域。所以要實現(xiàn)劃區(qū)域分單元加熱的關(guān)鍵就是把一個整體的大儲水箱劃分為相對獨立的單元,各相對獨立的單元可獨立進行電輔助加熱、上水、供水控制,需要時又可以聯(lián)合進行電輔助加熱、上水、混合供水控制。這樣就可以根據(jù)熱水需要量選擇加熱的單元數(shù)量,實現(xiàn)按需定產(chǎn)達到節(jié)約用電的目的。

據(jù)此,本人設(shè)計了一種可以根據(jù)不同的熱水需要量和不同的水溫要求來選擇電輔助加熱熱水量和加熱溫度的太陽能熱水器水箱。如圖1及圖2所示,這種分單元電加熱式太陽能熱水器的儲水箱由多個相對獨立的儲水單元構(gòu)成(本例中為三個單元),每個儲水單元相對獨立,每個儲水單元中設(shè)有獨立的電輔助加熱裝置(圖1中的W1、W2、W3)。每個電輔助加熱裝置有自己相對獨立的溫度與時間控制系統(tǒng);同時每個獨立儲水單元設(shè)有相對獨立的加水和出水控制裝置(圖1中的L1、L2、L3和Y1、Y2、Y3),通過這些相對獨立的電輔助加熱裝置、加水裝置及出水裝置,可以實現(xiàn)一個儲水單元單獨供水也可以實現(xiàn)多個諸水單元混合供水,可以根據(jù)需要來選擇需要進行電輔助加熱的儲水單元數(shù)量和加熱的目標溫度。這樣在使用時可以根據(jù)需要來選擇使用不同儲水單元中的水和選擇不同儲水單元的不同混合供水方式并可以為不同的儲水單元設(shè)置不同的電輔助加熱目標水溫。

3.2 太陽能熱水器分單元電加熱式水箱的具體實現(xiàn)方式

如圖1及圖2所示,本實施例中的太陽能熱水器儲水箱由相對獨立的三個單元組成,分別為N1、N2、N3。這三個相對獨立的儲水箱分別有相對獨立的電輔助加熱系統(tǒng)和熱水排放系統(tǒng)。A1、A2為熱水器電輔助加熱系統(tǒng)的供電端,可以直接連接在市電電源上。

3.2.1 其個性化加熱實現(xiàn)方式如下:圖1中N1、N2、N3為三個相對獨立的儲水箱;W1、W2、W3為三個相對獨立的電發(fā)熱元件,它們有各自相對獨立的電加熱控制系統(tǒng):圖中K1、K2、K3分別為三個電發(fā)熱元件的電源開關(guān),P1、P2、P3分別是三個電發(fā)熱元件的溫度控制器,通過接通或斷開電發(fā)熱元件的電源開關(guān)K1、K2、K3可以選擇需要進行電輔助加熱的儲水單元,通過對溫度控制器P1、P2、P3的設(shè)置可以設(shè)定和控制每個儲水單元的電輔助加熱時目標水溫。以N1單元為例,K1為本單元加熱系統(tǒng)的總電源開關(guān),P1為本單元電輔助加熱系統(tǒng)的溫度控制器,通過對P1的設(shè)置可以設(shè)置本單元的加熱目標水溫, W1為本單元電輔助加熱系統(tǒng)的電發(fā)熱元件,使用時,接通K1,并設(shè)置好電輔助回加熱目標溫度,當本單元水箱中的水溫低于目標水溫時,電輔助加熱系統(tǒng)啟動加熱,當本單元水箱中的水溫達到設(shè)定的目標水溫時,電輔助加熱溫度控制器P1斷開,電發(fā)熱元件W1斷電停止工作,輔助加熱程序完成并進入待機狀態(tài),當本單元水箱中的水溫低于設(shè)定的目標水溫時,本電輔助加熱系統(tǒng)又被激活進入電輔助加熱程序。其它獨立單元水箱輔助加熱控制與一單元完全相同,這樣就可以通過對各個單元水箱的電輔助加熱程序進行個性化的設(shè)置就可以滿足不同的個性化需求了。

3.2.2 其個性化用水實現(xiàn)方式如下:L1、L2、L3為每個相對獨立的儲水箱的加水口;L4、L5、L6為三個相對獨立的儲水箱的熱水出口;L7為用戶端熱水總出口,此出水口流出的是混合后的熱水,也是用戶最終使用的熱水;L8為熱水器總加水口;Y1、Y2、Y3為控制三個相對獨立的儲水箱出水狀態(tài)的電磁閥, K4、K5、K6為電磁閥的控制開關(guān),用來控制電磁閥的開關(guān)狀態(tài)?？刂崎_關(guān)接通時對應(yīng)的電磁閥打開并出水,控制開關(guān)斷開時電磁閥關(guān)閉停止供水,這樣就可能通過接通或斷開電磁閥控制開關(guān)K4、K5、K6來控制電磁閥的開啟與關(guān)閉狀態(tài)進而通過選擇開啟或關(guān)閉相應(yīng)的電磁閥來選擇使用不同儲水單元。并且通過電磁閥的不同開啟與關(guān)閉狀態(tài)組合可以實現(xiàn)不同的混合供水方式,可以實現(xiàn)一個單元單獨供水也可以實現(xiàn)多單元混合供水并通過不同的混合供水方式進一步調(diào)節(jié)水溫和供水量。

這種太陽能熱水器分單元電加熱式水箱制作和使用都很簡單,只是把原來普通太陽能熱水器的一體化的儲水箱分隔為相對獨立的三個部分,并為每個部分加裝相對獨立的加水、出水、電輔助加熱系統(tǒng)即可。本實施例中電磁閥選用的是:(ZC2/32)型,其控制電壓為:DC3～36V,介質(zhì)溫度:-20～+ 120℃;壓力范圍為:0.02～20MPa;溫度控制器可選用可調(diào)啟動溫度的型號,調(diào)節(jié)范圍:0～100℃(如北京海林自控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的HL2008W型)。其它元件無特殊要求。

4 結(jié) 論

目前我國在太陽能熱水器的研制和銷售使用方面已經(jīng)走在世界的前列,伴隨著人們低碳生活理念的加強和國家政策的導(dǎo)向,清潔能源特別是太陽能的利用必將迅速普及和發(fā)展。隨著制造技術(shù)提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大,太陽能熱水器在質(zhì)量上將進一步提高,其安裝成本將進一步降低。在不久的將來太陽能熱水器將進入尋常百姓家[2],其裝機量將有巨大的突破。這種配有分單元電加熱式水箱的太陽能熱水器,可以解決目前大多數(shù)太陽能熱水器使用電輔助加熱時不能根據(jù)需要選擇需要加熱水量的問題,特別是使用容量的太陽能熱水器而需要較少的熱水時,利用這種太陽能熱水器分單元電加熱式水箱可以實現(xiàn)按需加熱,即可以節(jié)約電能又可以節(jié)約時間,并可以通過選擇不同的供水方式更好的滿足不同人的個性化需求,其經(jīng)濟效益與社會效益是十分巨大的。

[1]2009-2012年電熱水器行業(yè)發(fā)展前景分析及投資風(fēng)險預(yù)測報告[EB/OL].http://www.baogaochina.com/2009-11/2009-2012niandianreshuiqifazhanqBaoGao.html.2009-11-15.

[2]太陽能熱水器將成為中國低碳行業(yè)的領(lǐng)軍 太陽能家電下鄉(xiāng)-全方位跟蹤報道[EB/OL].http://www.cnsolar.net/news/201002//201022393410133.html.2010-02-23.

Multiple-Electric-Heating-Tank Research and Deaign

Liu Yandong
(Hezhou University,Guangxi Hezhou 542800)

Multiple-Electric-Heating-Tank is designed for a solar energy heater to save electric energy By Governing the quantity of water and its heating temperature in the multiple-electric-heating-tank when electric-supplemental-heating is put to use.

Solar energy heater;multiple-electric-heating-tank;electric-supplemental-heating

TK5

A

1673-8861(2010)02-0130-04

2010-04-07

柳延?xùn)|(1967-),男,黑龍江省訥河市人,賀州學(xué)院副教授,碩士。主要研究方向:現(xiàn)代教育技術(shù)。

本設(shè)計已經(jīng)申請國專利。專利名稱:太陽能熱水器分單元電加熱式水箱;受理號:201020130820.X;受理時間: 2010-03-22。