江蘇邁能高科技有限公司 ■ 李杰 宦永旺 劉予

一 前言

隨著世界能源危機(jī)以及環(huán)境問題的不斷出現(xiàn)，太陽能熱利用越來越受到重視。低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來給太陽能光熱產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。而陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)作為城市中高層建筑的一種有效的太陽能熱水系統(tǒng)，近幾年備受太陽能廠商、房產(chǎn)開發(fā)商及消費(fèi)者的推崇和喜愛。

隨著太陽能光熱技術(shù)的日新月異，陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)同樣也在升級(jí)換代。按照介質(zhì)循環(huán)的方式分類，分別為自然循環(huán)式、外置式交流循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)式、內(nèi)置式直流微型泵強(qiáng)制循環(huán)式、外置式直流微型泵強(qiáng)制循環(huán)式。本文主要闡述由江蘇邁能高科技有限公司最新研制出的GMO微控·智循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)(MCI系統(tǒng))的應(yīng)用及特點(diǎn)。

二 GMO微控·智循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)(MCI系統(tǒng))的技術(shù)背景

1 陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化

陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的核心就是太陽能產(chǎn)品與建筑本身以及與建筑環(huán)境的相融合，如果違背這一初衷，陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)被用戶接受的可能性會(huì)大大降低。集熱器可以設(shè)計(jì)為陽臺(tái)護(hù)欄，成為建筑的構(gòu)件之一，循環(huán)管路可以采用隱蔽式安裝方式。我們很少看到儲(chǔ)熱水箱放在戶外，除外觀美觀的因素外，長(zhǎng)久放置室外經(jīng)過不斷地日曬雨淋，儲(chǔ)熱水箱的安全、壽命等關(guān)鍵性能都將受到很大影響。

當(dāng)前，從介質(zhì)循環(huán)自然循環(huán)方式的低成本角度出發(fā)，建筑設(shè)計(jì)方案中儲(chǔ)熱水箱普遍安置在陽臺(tái)。此時(shí)一般考慮到陽臺(tái)光照情況，陽臺(tái)預(yù)留的太陽能集熱器安裝位置最好是最大限度地和太陽光呈直射角，而儲(chǔ)熱水箱的位置和固定方式則必須從陽臺(tái)空間和循環(huán)管路長(zhǎng)短等方面進(jìn)行考慮。儲(chǔ)熱水箱如果距離用水點(diǎn)太遠(yuǎn)，則在使用時(shí)會(huì)造成大量的水資源浪費(fèi)(水管中的冷水)；循環(huán)管路如果過長(zhǎng)，則換熱速度會(huì)緩慢，儲(chǔ)熱水箱的得熱量會(huì)大大減少。因此，強(qiáng)制循環(huán)式介質(zhì)交換方式在陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)中開始迅速推廣起來。

2 陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)的用戶需求

用戶對(duì)于陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)的需求有：(1)系統(tǒng)承壓運(yùn)行，熱水出水量大，使用舒適，而不會(huì)遇到像使用傳統(tǒng)太陽能“毛毛雨”似的尷尬；(2)系統(tǒng)必須安全可靠，使用壽命長(zhǎng)；(3)免維護(hù)、故障率低，便于安裝維護(hù)等系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)；(4)最大限度地減少能耗，要有好的性價(jià)比和良好的節(jié)能性；(5)熱水使用不受容量和時(shí)間限制；(6)提供衛(wèi)生、健康的生活熱水。

陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)要達(dá)到的要求還有很多，例如成本低廉、物業(yè)便于管理等等。其中最核心的要求是滿足使用者的舒適性，偏離了這個(gè)核心，產(chǎn)品前景會(huì)非常暗淡。

三 自然循環(huán)式陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)

1 運(yùn)行原理

集熱器吸收太陽能熱量并將熱量傳遞給內(nèi)部介質(zhì)，系統(tǒng)利用傳熱介質(zhì)內(nèi)部的溫度梯度產(chǎn)生的密度差形成自然流動(dòng)。當(dāng)介質(zhì)進(jìn)入水箱換熱器，熱量又通過換熱器從介質(zhì)傳遞給水箱中的水，如此循環(huán)直至加熱水箱中的水。

2 應(yīng)用局限

(1)自然循環(huán)方式要求水箱與太陽能集熱器位置落差高，水箱必須位于太陽能集熱器上方；(2)自然循環(huán)系統(tǒng)對(duì)水箱位置以及循環(huán)管路要求非常高，水箱必須靠近集熱器，單向循環(huán)管路不能超過3m，并且要保證管路連接無任何彎折，否則將影響熱交換的正常進(jìn)行。

四 強(qiáng)制循環(huán)式陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)

1 運(yùn)行原理

太陽能集熱器、儲(chǔ)熱水箱、工質(zhì)、循環(huán)管路構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)太陽能集熱器出口處溫度與儲(chǔ)熱水箱水溫間的差值超過循環(huán)開啟設(shè)定值時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)抽動(dòng)管路中的工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，從而將介質(zhì)吸收的熱量傳輸?shù)絻?chǔ)熱水箱的夾套換熱空間。系統(tǒng)一旦達(dá)到高溫設(shè)定值，循環(huán)泵將強(qiáng)制停止運(yùn)行，避免過高溫。目前，強(qiáng)制循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)主要有3大類。

2 應(yīng)用特點(diǎn)

主要應(yīng)用于：(1)儲(chǔ)熱水箱遠(yuǎn)離陽臺(tái)的熱水系統(tǒng)，儲(chǔ)水箱安裝位置基本不受限制；(2)儲(chǔ)熱水箱循環(huán)口比集熱器循環(huán)口低的熱水系統(tǒng)；(3)單向循環(huán)管道長(zhǎng)于3m的系統(tǒng)；(4)循環(huán)管道存在直角彎的系統(tǒng)。

3 內(nèi)置式強(qiáng)制循環(huán)泵在陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用局限

(1)使用壽命短。由于循環(huán)泵內(nèi)置在儲(chǔ)熱水箱中，其工作環(huán)境溫度就是水箱內(nèi)部溫度，通常水箱內(nèi)部溫度比室內(nèi)溫度要高20℃～30℃，這對(duì)循環(huán)泵的使用壽命及性能造成了極大的威脅。有數(shù)據(jù)顯示：微循環(huán)泵的工作環(huán)境溫度每上升10℃，其使用壽命將降低一半。

(2)可維修性極差。由于安裝在水箱內(nèi)部，當(dāng)循環(huán)泵出現(xiàn)故障時(shí)，需要打開維修蓋維修，由于水箱內(nèi)部空間狹小，維修異常困難。

(3)產(chǎn)品適用性差。強(qiáng)制循環(huán)泵位于水箱內(nèi)部，體積受限制，循環(huán)泵的功率和流量偏小，只能滿足部分市場(chǎng)的需求。目前部分廠家標(biāo)示的內(nèi)置強(qiáng)制循環(huán)泵陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)的單向連接管路長(zhǎng)度≤20米(流量不足1L/min)。當(dāng)管長(zhǎng)超過時(shí)，其換熱效果會(huì)明顯變差，甚至循環(huán)泵只是空轉(zhuǎn)，并無循環(huán)換熱功能。

4 外置式交流循環(huán)泵陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用局限

(1)水泵參數(shù)與循環(huán)需求嚴(yán)重不匹配，典型“大馬拉小車”。目前用在介質(zhì)循環(huán)中的交流循環(huán)泵的最典型參數(shù)為：最小功率46W、水泵揚(yáng)程5m、流量13L/min。陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)儲(chǔ)熱水箱的熱交換器一般為夾套和鋼盤管，介質(zhì)循環(huán)的流量需求在2L/min左右，循環(huán)泵流量太大的結(jié)果就是過度消耗電能換取無效的換熱速度。

(2)水泵工作噪聲大。

(3)成本高。一般品牌泵至少250元以上。

五 微控·智循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)(MCI系統(tǒng))技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

1 高可靠性和長(zhǎng)使用壽命

江蘇邁能高科技有限公司研制的微控·智循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)采用微型泵，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，電機(jī)的電子電路部分與電機(jī)主體相分離，有效解決電機(jī)運(yùn)行高溫影響電子元器件壽命的隱患，提升了微型泵的可靠性。另外微型泵外置后有利于電機(jī)的散熱，也避免了水箱溫度對(duì)微型泵壽命的不利影響。

2 安裝維護(hù)方便

微型泵與儲(chǔ)熱水箱完美結(jié)合的設(shè)計(jì)使安裝極其簡(jiǎn)單；與內(nèi)置式強(qiáng)制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)相比，循環(huán)泵和水箱的分離徹底消除了因循環(huán)泵故障而造成水箱難以維修的缺陷。

3 非常符合儲(chǔ)熱水箱靠近用水點(diǎn)的應(yīng)用原則

太陽能儲(chǔ)熱水箱的安裝位置不再局限于陽臺(tái)，可以安裝在衛(wèi)生間、廚房等離用水點(diǎn)近的地方。江蘇邁能高科技有限公司設(shè)計(jì)的標(biāo)配微型泵功率為10W，在單向循環(huán)管道長(zhǎng)度為30m時(shí)，介質(zhì)流量為1.4L/min，完全適用于國內(nèi)各類單層住宅結(jié)構(gòu)(若工程需要，可配置15W的微型泵，單向循環(huán)管道可長(zhǎng)達(dá)50m)。管路連接長(zhǎng)度與流量關(guān)系曲線見圖2，太陽能儲(chǔ)熱水箱日有用得熱量的測(cè)試過程曲線見圖3(單向管路10m，直角彎4個(gè)，太陽輻照量為18.82MJ/m2，儲(chǔ)水箱初始溫度為26.2℃，結(jié)束時(shí)溫度為62.9℃，按照GB/T19141計(jì)算出儲(chǔ)熱水箱的日有用得熱量為8.63MJ/m2)。

4 外置式直流微型泵功耗低、噪聲低

目前市場(chǎng)上普遍采用交流泵做為介質(zhì)循環(huán)泵，電機(jī)的功率大、功耗高、噪聲大(一般此類電機(jī)最低功耗不低于40W)，同時(shí)還會(huì)因介質(zhì)流動(dòng)速度太快導(dǎo)致儲(chǔ)熱水箱換熱不充分。而GMO微控·智循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中則不會(huì)出現(xiàn)類似情況。

5 高性價(jià)比

六 小結(jié)

GMO微控·智循環(huán)陽臺(tái)壁掛太陽能熱水系統(tǒng)(MCI系統(tǒng))作為太陽能與建筑一體化的應(yīng)用方式之一，是太陽能陽臺(tái)壁掛產(chǎn)品系列中的一大創(chuàng)新產(chǎn)品，具有諸多優(yōu)勢(shì)。相信隨著太陽能光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，更多經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠、安裝維護(hù)方便的產(chǎn)品將陸續(xù)問世。