摘要：太阳能是一种清洁化、安全化的可再生能源。太阳能热水系统在住宅项目中的应用，有助于建筑项目环保效益的提升。
关键词：太阳能热水器；建筑应用
引言
目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和。但目前市面上绝大多数的太阳能热水器控制器结构简单，功能单一，智能化程度低下，不具备温度智能控制的功能。即便热水器具有辅助加热功能，也常因加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。其次，绝大多数采集到的太阳能热水器据仅限于显示在用户家控制器的显示屏上，每次洗澡之前还需要用户去看控制器的水温、水位才能知道太阳能热水器中的热水是否适合洗澡，尤其对于精准扶贫的家用太阳能热水器更是如此。
1常规阳台壁挂自然循环式太阳能热水系统
常规阳台壁挂自然循环式太阳能热水系统安装原理图如图1所示：该配置智能控制系统，功能定义为：电加热的控制（恒水温加热、定时加热、手动加热）、水温显示、时间显示等。水箱安装在室内阳台，热水通过管路流至用水末端，经恒温阀与自来水冷水进行混水后使用。其系统的换热系统决定了管路中冷水无法排除，洗浴前需先把管路中的冷水放掉，这无疑是水资源的浪费。另外，该系统换热形式采用传热工质热虹吸自然循环的原理，实现集热器和水箱的热量交换，这就对安装提出要求：
图1 常规阳台壁挂太阳能热水系统安装示意图
2真空管直插式太阳能热水系统
热水供应采用落差式供水。优点：①产品集中安放在楼顶，采光效果好，太阳能利用率高。②产品结构简单，技术成熟，结构稳定。③系统配件普及、便于维护。④产品价格低廉。缺点：①只适合多层建筑或平房，即使在多层建筑中，因每户皆独立设置水管和电源线，使得管道井内拥挤不堪。②顶层会因为落差小导致供水不稳定，底层因管路较长，每次使用须放空大量冷水。总结：随着城市中多层建筑的减少，此类产品应用越来越少，但在农村市场逐渐普及。
3平板式阳台壁挂太阳能热水系统
集热器采用平板黑膜、蓝膜或翅片式，外罩专用的太阳能用钢化玻璃，安装于阳台外墙；水箱采用传统搪瓷内胆夹套水箱，安装于阳台或室内。优点：①集热器与水箱分离，使集热器容易与建筑外观结合②集热器安装于阳台外墙，解决了高层建筑楼顶太阳能安装面积不足的难题。③水箱采用搪瓷内胆，水质卫生、承压高、耐腐蚀、使用寿命长。④夹层换热，换热面积大，不结垢，热效高，寿命长⑤承压系统，密闭循环，间接换热，承压供水，舒适度高。⑥每户单独一个系统，用电用水分户计量，无计费纠纷，便于物业管理。缺点：①对于阳台不在南侧的住宅，因得不到充足的阳光照射，不适合安装。②楼间距较小的楼座低层住户也会因遮挡而得不到阳光照射，不适合安装。③热媒需3～4年更换一次，需专业人员操作，是笔不小的费用。
4楼顶平板一体机
平板一体机换热原理同平板式阳台壁挂太阳能，控制原理同真空管直插式，只是集热器和储热水箱一起置于楼顶，而控制仪表安装在户内，供水采用落差式。楼顶平板一体机是对于多层住宅中阳台外立面没有集热器安装位置情况下的一种改进，比阳台壁挂式更便于维修，但也具有直插真空管式太阳能的所有缺点，且采用热媒换热，成本和运行费用较大，在现实中应用较少。
5集中集热、分户储热太阳能热水系统
系统采用平板集热器，集中放置于楼顶，每户设置储热水箱，储热水箱内置换热装置（一般为铜盘管）和电辅助加热装置，循环装置及其它设备放置在楼顶或设备间内。优点：①集热器模块化组合，可以与建筑形式结合，有利于建筑一体化。②集热器屋面放置，采光效果好，太阳能利用率高。③储热水箱采用搪瓷内胆盘管承压水箱，水质卫生、耐腐蚀、使用寿命长。④储热水箱分户控制，分户计量，满足了用户不同用水习惯。缺点：①造价高昂，前期投入是其他形式太阳能系统两倍以上。②系统运行原理复杂，需专业人员进行维护，管路较长，中间热损失较多。③入住率低时，系统运行成本高，容易给物业和业主造成纠纷。
6智能家用太阳能热水器数据采集控制器的设计实现
6.1硬件设计
系统的智能控制将采用单片机管理，配合水温、水位检测和压力检测，能及时将收集到的水温/水位、水压等信号通过网络上传到服务器。用户可通过 APP 账户访问服务器也可通过 WIFI 直接连接控制器查看热水器实时数据。同时，用户可以通过 APP（本地 WIFI 连接或访问服务器）预设电辅助加热的温度值等。另外，当采集与控制器水温、水位数据采集异常、电加热异常和水压异常等故障情况出现时，系统将分等级通过有线或无线网络反馈到厂家服务器售后平台和用户手机 APP 上，方便用户或售后及时掌握设备状况，管理非常便捷。
6.2软件设计
当系统上电启动，软件程序开始运行初始化，系统进入网络检测环节，当有线网络连接良好系统自动连接服务器正式上线工作，否则切换到 WIFI 网络连接；当 WiFi 网络连接成功后系统也会自动连接服务器上线工作，否则再切换到 GPRS 网络连接；当 GPRS 连接正常系统同样会自动连接服务器上线工作，否则切换到手机 APP 连接状态。当手机 APP 本地连接以后系统进入工作状态，能读取和检测水温、水位和水压信号并传送到用户手机 APP 上工查阅，数据出现异常系统会自动报警；用户也可以根据个人需求设置各个时段的水温、水位参数，系统可以根据设置自动调整。当系统连接到服务器以后，所有监测到的数据都会上传到服务器做进一步的处理和检测，数据异常同样会发出报警。报警复位系统将重新运行。当无法连接服务器又没有连接到手机 APP 时，系统将会循环搜索网络，直到有所连接才能进入工作状态。
结束语
随着“能源危机”“环境污染”等全球性问题的出现，国家和地方政府从未像现在这样重视清洁能源的利用，而太阳能作为清洁能源的代表得到了越来越广泛的应用。太阳能热水器的费用只有燃气热水器的1/7，电热水器的1/6，经济效益十分显著，一次性投资，长期受益。
参考文献
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论文作者:熊东晖
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/26
标签：系统论文; 太阳能论文; 水箱论文; 热水论文; 水温论文; 太阳能热水器论文; 楼顶论文; 《防护工程》2018年第29期论文;