于彤娟 曲行鍇 王振宇 孫赫佳 孫家棟

（1、大連三洋冷鏈有限公司 大連 116600；2、賽德隆國際電器（中國）有限公司 大連 116318；3、大連派思燃?xì)庀到y(tǒng)股份有限公司 大連116600）

1 前言

目前國內(nèi)熱水器產(chǎn)品主要有電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⑻柲軣崴骱涂諝饽軣崴?。熱水器市場仍然以傳統(tǒng)的電熱水器和燃?xì)鉄崴鳛橹鲗?dǎo)，伴隨著近幾年房地產(chǎn)市場的火爆發(fā)展，電熱水器、燃?xì)鉄崴餍袠I(yè)都得到了快速發(fā)展，并且漸漸趨于飽和。然而，2009年太陽能熱水器“下鄉(xiāng)”，標(biāo)志著太陽能熱水器得到國家認(rèn)可，中國太陽能熱水器行業(yè)已邁入新的時代。未來5-10年中國太陽能熱水器市場保有量仍將保持20%以上的增長率。

太陽能熱水器行業(yè)經(jīng)歷了近幾年快速發(fā)展，目前年生產(chǎn)量是歐洲的2倍，北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和最大的太陽能熱水器市場。但伴隨著家電下鄉(xiāng)隊伍的壯大，太陽能熱水器市場的品牌數(shù)量迅速達(dá)到了驚人的4000個左右。品牌集中度太低、產(chǎn)品品質(zhì)良莠不齊也成為制約太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展的瓶頸。

新一代的太陽能熱水器要有更多的技術(shù)創(chuàng)新才能給消費(fèi)者更多的信心。首先在加熱方式上，普通太陽能熱水器主要是利用平板或真空管吸收太陽能量，對管內(nèi)的水進(jìn)行加熱，而新型的太陽能熱水器必須利用蓄熱介質(zhì)吸收太陽能，并且進(jìn)行熱量蓄積，然后對內(nèi)層儲水桶進(jìn)行持續(xù)加熱；其次在加熱時效上，普通太陽能熱水器只能進(jìn)行即時加熱，比較容易受到天氣及季節(jié)的影響，而新型的太陽能熱水器要做到用蓄積的熱量對水進(jìn)行四次甚至更多次加熱，即使在長時間陰雨天氣仍能使用；最后是在熱水器結(jié)構(gòu)上，普通太陽能熱水器是單層保溫，集熱管與儲水桶相通，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)流動，而新型的太陽能熱水器則要做到雙層,內(nèi)層為儲水桶，外層為循環(huán)傳熱介質(zhì)，然后通過發(fā)泡層保溫，達(dá)到雙層保溫的效果。太陽能行業(yè)發(fā)展早期技術(shù)不完善，沒有安裝電加熱裝置，但是隨著科技創(chuàng)新的成熟以及消費(fèi)者要求的增加，現(xiàn)在太陽能熱水器大部分都安裝了電加熱裝置，這樣太陽能熱水器就具備了電熱水器的功能。但是，隨著這種光電互補(bǔ)技術(shù)的普及，不銹鋼內(nèi)膽在電熱水器領(lǐng)域出現(xiàn)的“易腐蝕”、“水質(zhì)易變壞”的問題事故在太陽能熱水器上也經(jīng)常出現(xiàn)，一定程度上引起了消費(fèi)者對整個太陽能行業(yè)的質(zhì)疑。因此，具備“水質(zhì)潔凈、健康耐用”特性的搪瓷內(nèi)膽在太陽能行業(yè)的全面推廣是必然趨勢。在國際市場上，注重健康成為消費(fèi)者的共識，搪瓷內(nèi)膽太陽能熱水器成為國際市場首選產(chǎn)品。

2 太陽能的相關(guān)概述

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。

太陽能資源具有普遍、無害、巨大、長久的優(yōu)點(diǎn)；也具有分散性、不穩(wěn)定性、效率低和成本高的缺點(diǎn)。

隨著能源形式的變化，常規(guī)能源的貯量日益下降，其價格必然上漲，而控制環(huán)境污染也必須增大投資。大力開發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施，向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠(yuǎn)看，太陽能利用技術(shù)和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。因此，太陽能利用也可以解決很大的經(jīng)濟(jì)問題。

太陽能輻射數(shù)據(jù)可以從縣級氣象臺站取得，也可以從國家氣象局取得。從氣象局取得的數(shù)據(jù)是水平面的輻射數(shù)據(jù)，包括：水平面總輻射，水平面直接輻射和水平面散射輻射。從全國來看，我國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高達(dá)7 kWh/㎡。

就目前來說，人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電等方式。

早期最廣泛的太陽能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應(yīng)無日照時使用，另外尚可能有強(qiáng)制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負(fù)載的管路等。依循環(huán)方式太陽能熱水系統(tǒng)可分自然循環(huán)式和強(qiáng)制循環(huán)式兩種。

3 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)分析

太陽能熱水器按使用分類，可分為季節(jié)性熱水器、全年性熱水器以及有輔助熱源的全天候太陽能熱水器。按集熱器原理和結(jié)構(gòu)可分為平板型熱水器和真空管熱水器。按工質(zhì)流動方式不同，一般分為悶曬型、循環(huán)型和直流型三種。按承壓方式，目前分非承壓與全承壓式太陽能熱水器。其中非承壓以100-300升為主要容積，全承壓以工程及大容積為主。趨勢是由目前的整體式向分體式發(fā)展，水箱由非承壓式向全承壓式過渡。太陽能熱水器將有由三季度使用向全年全天候使用發(fā)展，由以提效率為主向高性能、長壽命發(fā)展。在我國北方地區(qū)，帶輔助加熱系統(tǒng)的太陽能熱水器將成為市場的主流產(chǎn)品。隨著管路防凍保溫技術(shù)的發(fā)展，太陽能熱水器系統(tǒng)運(yùn)行會更趨可靠。自動排空閥的推廣、伴熱帶的應(yīng)用，是太陽能熱水器防凍抗冬的兩大技術(shù)進(jìn)步，并因而成功的解決了太陽能熱水器在北方的冬季應(yīng)用問題。各種電子裝置將在太陽能熱水器上更多的應(yīng)用，使用會更趨方便。如：電子水溫顯示、電子水位顯示、自動排空裝置、電子流量計等。未來幾年，還會出現(xiàn)全自動調(diào)節(jié)出使用者所需要的水溫與水壓的全智能人性化的太陽能熱水器。

未來太陽能熱水器市場將呈現(xiàn)多元化。首先與房地產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)結(jié)合會更趨緊密。隨著小康住宅的建設(shè)，太陽能熱水器直接進(jìn)入家庭，將構(gòu)成市場銷售的主渠道。

其次，家電連鎖銷售企業(yè)的逐步介入，預(yù)示著太陽能熱水器已經(jīng)進(jìn)入大眾消費(fèi)市場，將作為一種家用必需品普及。

三是各種類型的太陽能熱水器淡旺季銷售趨于平衡。工程采購將拉動秋冬季太陽能熱水器本該為淡季的市場銷售，從而使得該行業(yè)旺季更旺，淡季卻不淡。

四是行業(yè)內(nèi)出口企業(yè)增多，出口量加大。

4 雙層內(nèi)膽太陽能熱水器技術(shù)及優(yōu)勢

太陽能雙層內(nèi)膽換熱水箱，是承壓式太陽能雙層內(nèi)膽換熱水箱，除具有普通太陽能熱水器節(jié)能減排、凈化空氣的功能外，還具有內(nèi)膽使用壽命相對可以延長、不易漏水、換熱面積大、效率高、保溫性能好，生產(chǎn)成本低、加工工藝簡單、符合環(huán)保要求等多項(xiàng)特點(diǎn)。

另外，承壓分體式太陽能熱水箱已經(jīng)是一種成熟的產(chǎn)品，在國內(nèi)已經(jīng)有熱水器廠生產(chǎn)這種產(chǎn)品7年多了，他們的存在給我們的研發(fā)提供了參考，同時也讓我們研發(fā)太陽能熱水器充滿信心。值得特別說明的是，我們的雙層內(nèi)膽換熱式熱水器已經(jīng)通過了專利申請（專利號ZL 2008 2 0231242.1），并且得到國內(nèi)外很多同行和客戶的認(rèn)可。下面對雙層換熱太陽能熱水器結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

里層內(nèi)膽是設(shè)有進(jìn)水管和出水管的普通熱水器內(nèi)膽，里層內(nèi)膽的壁是有內(nèi)腔的雙層結(jié)構(gòu)（即外層內(nèi)膽），在里層內(nèi)膽上設(shè)有與外層內(nèi)膽相通的介質(zhì)輸出管及介質(zhì)進(jìn)入管。里層內(nèi)膽的壁可以全部是由外層內(nèi)膽的雙層結(jié)構(gòu)，也可以將外層內(nèi)膽分別設(shè)置在里層內(nèi)膽側(cè)壁和封頭（一側(cè)或兩側(cè)）的兩部分，兩部分之間用介質(zhì)導(dǎo)管相連。可以在里層內(nèi)膽內(nèi)設(shè)置加熱管，以便當(dāng)熱介質(zhì)不能及時與里層內(nèi)膽中的冷水實(shí)現(xiàn)熱交換時，加熱里層內(nèi)膽中的冷水，供用戶使用。具體結(jié)構(gòu)如圖1。

具體加工方法可在普通內(nèi)膽的中桶外增加一個稍大尺寸的外桶，該外桶與普通內(nèi)膽中桶焊接在一起，在側(cè)壁上形成一個環(huán)形柱狀的空腔；同時在內(nèi)膽的封頭外（一側(cè)或兩側(cè)）再焊接一個尺寸稍大的封頭，該封頭與普通內(nèi)膽封頭之間也形成另一個封閉空腔；通過一個介質(zhì)管子將兩個空腔連接在一起。

在里層內(nèi)膽上，可同現(xiàn)有技術(shù)一樣安裝陽極棒和泄壓閥等部件，電控部分可以和太陽能系統(tǒng)或熱泵系統(tǒng)連接在一起。

本雙層內(nèi)膽換熱水箱與太陽能熱交換系統(tǒng)的連接如圖2所示，現(xiàn)有200L換熱式熱水器可以安裝1m2換熱面積，而本雙層內(nèi)膽太陽能熱水器200L可以安裝1.5～2 m2換熱面積。

此雙層內(nèi)膽太陽能熱水器較一般太陽能熱水器有其獨(dú)具的創(chuàng)新之處：

·承壓式設(shè)計：出水強(qiáng)勁，滿足按摩式洗浴，提高洗浴舒適度。

·搪瓷雙層內(nèi)膽：內(nèi)膽搪瓷，防腐、防銹，優(yōu)化水質(zhì)，滿足生活用水。雙層內(nèi)膽，除了可以解決單層內(nèi)膽壽命短的難題外，還具有外膽換熱面積大，效率高，且其加工工藝較簡單，具有一定的成本優(yōu)勢。

·光、電雙能源：在陰雨連天或者陽光照耀不足時，有電輔助加熱，可保證系統(tǒng)全天候提供熱水。

·分體設(shè)計：安裝靈活方便，不受樓層限制，便于維護(hù)。

·采用U型管和防凍儲能技術(shù)：真空管內(nèi)不走水，不凍管、不炸管、不結(jié)垢，大大提高了熱效率。

·智能控制，防漏電隔離“安全墻”：操作簡便，安全可靠。

·橫立兩用，隨意選擇：80L、100L的熱水器可以橫立兩用，方便用戶多種選擇。

·獨(dú)創(chuàng)專利：該產(chǎn)品采用了我公司的專利雙層內(nèi)膽(專利號ZL 2008 2 0231242.1，2008年12月申請，2009年10月授權(quán)并公告)，具有換熱效率高，用料省，工藝簡便，質(zhì)量可靠的特點(diǎn)。

·安裝簡單,占地面積?。嚎砂惭b在陽臺上,不需要循環(huán)泵。

5 介質(zhì)循環(huán)隔板結(jié)構(gòu)介紹

為了安裝方便，現(xiàn)有的雙層內(nèi)膽水箱，無論是立式還是橫式，其介質(zhì)進(jìn)口與介質(zhì)出口均安裝在介質(zhì)腔的同側(cè)，導(dǎo)致部分介質(zhì)未經(jīng)過全面熱交換就近從介質(zhì)出口流出，減少了換熱面積、降低了熱轉(zhuǎn)換效率。為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，我們在兩層內(nèi)膽中間的空腔內(nèi)設(shè)有位于介質(zhì)進(jìn)口與介質(zhì)出口之間的豎直隔板，豎直隔板的上面留有介質(zhì)通道；在介質(zhì)進(jìn)口的另一側(cè)還設(shè)有第二豎直隔板，第二豎直隔板的上面留有第二介質(zhì)通道。該結(jié)構(gòu)所設(shè)置的豎直隔板，限制了介質(zhì)循環(huán)路徑，阻止介質(zhì)未經(jīng)過全面熱交換而直接從介質(zhì)出口流出，可有效增加介質(zhì)的換熱面積，提高熱轉(zhuǎn)換效率，減少能量損失。該結(jié)構(gòu)已經(jīng)申請實(shí)用新型專利（專利號ZL 2010 2 0555174.1），并且通過了試驗(yàn)驗(yàn)證，全面實(shí)現(xiàn)外層內(nèi)膽的全面積換熱。具體結(jié)構(gòu)如圖3。

如圖3所示：同現(xiàn)有技術(shù)一樣，里層內(nèi)膽（橫式或立式）與外套之間有介質(zhì)腔，與介質(zhì)腔相通有位于同側(cè)的介質(zhì)進(jìn)口和介質(zhì)出口，與現(xiàn)有技術(shù)所不同的是在所述介質(zhì)腔內(nèi)設(shè)有位于介質(zhì)進(jìn)口與介質(zhì)出口之間的豎直隔板，豎直隔板的上面留有介質(zhì)通道。豎直隔板的高度可根據(jù)需要而定，但要保證即能正常工作，又具有最大換熱面積。在介質(zhì)進(jìn)口遠(yuǎn)離介質(zhì)出口的另一側(cè)還設(shè)有第二豎直隔板，第二豎直隔板的上面留有第二介質(zhì)通道。

6 太陽能雙層內(nèi)膽熱水器的應(yīng)用

為了提高市場競爭能力，雙層內(nèi)膽太陽能熱水器在應(yīng)用方面正致力于技術(shù)方面的一些新突破，如目前正在開發(fā)的兩種高端綜合型的太陽能熱水器： 一種是太陽能/熱泵/電綜合型熱水器（如圖4），另一種是太陽能/燃?xì)?電綜合型熱水器（如圖5）。前者的技術(shù)特點(diǎn)是相對于電輔助加熱太陽能熱水器，該產(chǎn)品更節(jié)能，由于熱泵熱水器可以在陰天雨天工作，故其能效比一般都大于3%；后者的技術(shù)特點(diǎn)是燃?xì)鉄崴骶哂泄β蚀?、加熱快的特點(diǎn)，該產(chǎn)品結(jié)合燃?xì)鉄崴鳎軌蚴褂脩粼诠庹詹蛔汶娂訜釤o法滿足熱水需求的情況下快速補(bǔ)充熱水。

7 結(jié)論

太陽能雙層內(nèi)膽的加工工藝就是在現(xiàn)有電熱水器內(nèi)膽外側(cè)增加了一層外層膽，成本只增加了部分鋼材的費(fèi)用和一部分制造成本，其單臺成本比電熱水器增加300-500左右。再加上雙層內(nèi)膽太陽能熱水器使用成本低廉，體積小巧，其市場前景是非常廣闊的。

綜合以上情況，雙層內(nèi)膽太陽能熱水器的投產(chǎn)后，將會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1] 于彤娟，太陽能雙層內(nèi)膽熱水器開發(fā)可行性報告，賽德隆國際電器（中國）有限公司，2009；

[2] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，多能源組合熱水器（送審稿），2009.