1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 家用太阳能热水器综述 摘要 ： 热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器 。本文 介绍了太阳能热水器经济分析的一般方法 , 并与几种常规能源热水器的环保性，经济性进行了比较 , 然后对 太阳能热水器 的分类以及发展的走势进行了展望 。 关键词 ： 太阳能热水器 ；电热水器；燃气热水器； 经济分析 ； 环保 1 引言 随着人们的环保、节能意识不断加强 , 太阳能的利用已成为一种趋势。在太阳能热利用技术中 , 太阳能热水器是目前实际应用最多 、技术上比较成熟的产品。太阳能热利用是目前较
2、为成熟和普及的可再生能源利用方式 , 太阳热水系统是太阳能热利用的一种形式。太阳热水系统工程比较普及 , 在我国已有成熟的技术和经验。太阳热水系统也称太阳热水装置 , 是利用太阳辐射能加热系统中循环的水 , 以取用热量的装置组合 , 由集热器、连接管路、储热水箱、水泵和其他配件以及控制部分组成近年来 , 无论国外还是国内 , 太阳能热水器的利用都呈现良好的景象。我国太阳能热水器的使用面积以每年 15% 的速度增长 , 预计到 2010年将达到 1亿 m2 1 。家用太阳能热水器的各项 技术已逐渐趋于成熟 , 其产业化和商品化势头发展迅猛 , 并已逐渐形成规模。 随着热水器的不断发展，热水器已经
3、进入了第四代热水器（空气能热泵热水器 )，是最安全的热水器，完全实现了水电分离，热泵也是最节能，最环保，最高效的热水器。 2 太阳能热水器的技术经济分析方法介绍 （ 平衡成本计算法） 这是一种太阳能热水器与常规能源热水器相比较的方法 ， 它主要是根据其可利用的总产值扣除总消耗后所剩下的 “ 净收入” 这一指标 ,来确定太阳能热水器系统在经济上是否具有竞争力。 假定 ： (1) 某一太阳能热水器与常规能源热水器的年负荷完全相 同 ； （ 2） 太阳能热水器在工作期限 N 年内所提供的总产值为 A 1； （ 3） 常规能源热水器在相同的 N 年内所提供的总产值为 A 2； (4) 太阳能热水器相应
4、的费用消耗为 G 1； （ 5) 常规能源热水器的费用消耗 G 2； 根据 “ 净收入” 的定义 ( 即总产值 - 总消耗 = 净收入 ) , 可得热水器系统的合理化条件为 ： A 1- G 1 =A2- G 2。 由于热负荷完全相同 ， 太阳能热水器与常规能源热水器所提供的热能品位也基2 本相同 。 因此 A 1= A 2。所以上式可简化为 :G 1 = G2 式中 ， G 1 和 G 2 都主要由两部分费用构成 ： 一部分是设备的基本投资费用 ( 包括设备材料、加工制造及安装费用 ) ， 这可以从两种热水器的销售价格及安装费用中得出 ; 另一部分是年运行费用 ( 包括每年的燃料费、维修费及
5、折旧费 ) 。 3 太阳能热水器的生命周期评价（ LAC） 国内黄海耀 2用 LCA 方法并结合 TRACR 模型和 AHP方法 , 对太阳能热水器系统和燃煤锅炉系统从整个生命周期过程进行了综合效益评价 , 得出天津地区每安装 1m2 太阳能集热器代替燃煤锅炉系统 ,在太阳能热水器的全生命周期内可以净减排 8 022 kg CO2、 150. 36 kg NOx、 61. 04 kg SO2、361. 63 kg TSP和节煤 2. 7 t等结论。意大利 Fulvio A rdente等 3 用 LCA 法对平板式太阳能热水器进行了分析评价 , 太阳能热水器有节能、环保等优点。太阳能热水器以其
6、节能、环保等优势得到迅速发展 。 4 热管型太阳能热水器 热管具有很好的等温性 4，因为当冷凝段温度下降时，立即有蒸汽冷凝放出液化潜热，以保持一定温度。热管的热二极性，防止了家用太阳能系统的逆循环使得热管成为太阳能系统中传热元件的良好选择 5 。热管型太 阳能热水器一般由太阳能集热器、水箱、支架和循环管等几部分组成。太阳能集热器吸收太阳辐射能用于加热贮水箱内的水。循环管路包括上水管、回水管、排气管，每套管路都有开关控制 6 。文玉良 7刮初步提出了回路型重力热管集热器的物理模型及数学模型，运用数学软件进行模拟计算张义林等 8基于 BP神经网络建立了热管式真空管集热器热性能的预测校正模型。集热器
7、是太阳能热水器的核心部件。热管型太阳能集热器有以下几种形式： 闷晒式热管集热器、平板式热管集热器和真空管式热管集热器 。平板式太阳能热水器主要缺点是散热系数过大 , 根据能量守恒定律 9和对流与传热理论 , 太阳能热水器获得的净热流密度为 : qconv = hC (TS - TE ) = hC (TS - TE )1 /3(TS - TE ) = hC (TS - TE )4/3 平板式热管太阳能集热器的缺点是经由平板式热管太阳能集热器的盖板和集热板之间的对流和传导 2 种传热，使其热损失较大，日平均效率只有 50%或更少 10在平板式热管太阳能集热器的透明盖板下加蜂窝夹层构成蜂窝热管平板太
8、阳能集热器，研究表明这种结构可以大大减少热损失，提高日平均效率 11热管型 太阳能热水器与热泵、空调等系统结合使用，能够进一步提高整个系统的性能。太阳能集热器、热泵和空调结合在一起使用可同时满足冬季供暖和夏季制冷的两种要求，同时还可满足生活用热水的需要，克服了单纯利用太阳能供暖时，寒冷天气和阴天、雨雪天热量不足的缺点12。 结论： 我国太阳能资源丰富，三分之二的国土面积年日照时间在 2 200 h以上，年太阳辐射总量大于每3 平方米 5 108 J我国已成为世界上最大的太阳能热水器的生产应用国， 截至 2002年底 , 全国太阳能热水器的保有量达到 3 500万 m 2 13 。 预计 201
9、0年全国热水器总集热面积达 1 5 108 m2 14。 随着太阳能热利用产业的发展，太阳热水器的安装数量逐年增多。 2006年中国太阳能热水器产量为 1800万 m2，保有量为 9000万 m2。 2007年太阳能热水器总保有量约为 10800万 m2，增长速度约达 30%，太阳能热水器销售量在 2007年已经达到 1200万平方米，行业产值超过 130亿元人民币，并以每年 20-30的速度迅猛发展。 截止到 2006年底，中国热水器总体市场规模已经达到 500.00亿元，其中电热水器约有 250.00亿元，燃气热水器约有 200.00亿元，太阳能热水器约 50.00亿元。到 2015年，全
10、国住宅用太阳能热水器将约有 2.32亿立方米的拥有量 。目前，在我国广泛使用的有太阳热水系统和家用太阳热水器 2种太阳能热水装置，它们的推广和应用能够基本满足用户的热水需求和市场需求多样化的要求。家用太阳热水器在太阳热水产业的发展中占有重要的地位。随着太阳热利用技术的发展和我国建设节约型社会的要求，太阳热水系统工程节省安装面积，在降低投资成本，缩短投入回收期，提高财务内部收益率以及与建筑结合方面有明显的优势。市场发展前景良好。 参考文献 : 1 张正敏 , 王 庆一 , 庄 幸 , 等 . 中国可再生能源发展 :潜力与挑战 R. 北京 : 国家发展和改革委员会能源研究所 , 2001. 2 黄
11、海耀 . LCA法比较太阳能热水器和燃煤锅炉系统的环境效益 D. 天津 : 天津大学 , 2004. 3 Fu lv io A rden te, G io rg io Becca l,i M aur iz io Cellura, etal. L ife cycle assessm ent o f a so lar therma l collec to r J . Renew ab le Energy, 2005, 30: 1031- 1054. 4 文玉良，漓绍选，唐润生。热管在太阳能热利用技术中豹应用 J .实用技术， 2005， 5 Mathioulakis E， Belessiotis
12、V， A new heat-pipe type solar domestic hot water systemJ SolarEnergy， 2002. 6 刘树民真空管式太阳能热水器在寒冷地区的正确安装与使用 J农村牧区机械化， 2002. 7 文玉良重 力回路热管式太阳集热器的理论研究 D云南：云南师范大学太阳能研究所， 2005. 8 张义林，董华，周恩泽基于 BP神经网络的热管式真空管集热器热性能预测校正模型 J太阳能学报， 2008. 9 范貌宏等 . 影响平板式太阳能热水器热效率诸因素的研究 J . 环境科学进展 , 1999. 10 Riffat S B， Zhao X， Dohe
13、rty P S. Developing a theoretical model toinvestigate thermal performance of a thin membrane heat-pipe solarcollectorJ. Applied Thermal Engineering， 2005. 11 王世锋，胡亚才，俞自涛 . 蜂窝热管平板式太阳能热水器的实验研究 J. 能源工程， 2003. 4 12 赵达，张欣艳，王畅，等。太阳能一土壤源热泵空调系统研究 J黑龙江八一农垦大学学报，2006. 13 赵玉文 .我国太阳能利用技术的发展概况和趋势 R. 北京 : 北京太阳能研究， 2006.
