提高家用太陽能熱水系統能效的方法研究

張嵩偉

（江蘇省產品質量監督檢驗研究院,江蘇 南京 210000）

0 引言

由國家質檢總局、國家標準化管理委員會發布的國家標準GB 26969-2011已經實施了近2年的時間。該標準對貯熱水箱容積在0.6m3以下的太陽能熱水系統適用。該標準規定了家用太陽能熱水系統能效等級、能效限定值、節能評價值、試驗方法及規則。該標準的實施將進一步促使家用太陽能熱水系統生產企業研發能效更高的產品，加速低能效產品的淘汰。

1 標準對家用太陽能熱水系統的能效提出要求

GB 26969-2011將家用太陽能熱水系統能效分為3級，各等級家用太陽能熱水系統的能效系數應符合表1-4的規定。

其中1級能效最高。各等級家用太陽能熱水系統的能效系數應符合表1-4的規定。

能效限定值為表1-4中能效等級的3級。節能評價值為表1-4中能效等級的2級。其中能效限定值是強制性要求，也就是說，能效等級低于3級的家用太陽能熱水系統產品將不得上市銷售。

2 能效系數的計算

家用太陽能熱水系統能效系數按照式（1）計算:

式中相關變量的定義如表5所示。

檢測相關參數的試驗條件應符合 GB/T 19141、GB/T 18708或GB/T 26970、GB/T 26971熱性能試驗條件的規定。

其中，單位輪廓采光面積日有用得熱量Qs（e）、平均熱損因數Usl（e）的測量按照GB/T 19141、GB/T 18708或GB/T 26970、GB/T 26971的方法進行試驗。

表1 緊湊式家用太陽能熱水系統能效等級

可見，對特定的某型號家用太陽能熱水系統而言，Qs（m）、Usl（M）為確定值。那么，單位輪廓采光面積日有用得熱量Qs（e）和平均熱損因數Usl（e）將直接影響到家用太陽能熱水系統的能效系數CTP。其中，單位輪廓采光面積日有用得熱量Qs（e）越大，家用太陽能熱水系統能效系數CTP越大；平均熱損因數Usl（e）越小，家用太陽能熱水系統能效系數CTP越大。

表2 分離直接式（分體單回路）家用太陽能熱水系統能效等級

表3 分離間接式（分體雙回路）家用太陽能熱水系統能效等級

表4 悶曬式家用太陽能熱水系統能效等級

表5 相關變量的定義

3 提高家用太陽能熱水系統能效的方法

由上面的分析可知，提高家用太陽能熱水系統能效可從兩個方面入手，一是盡可能的提高熱水系統單位輪廓采光面積日有用得熱量Qs（m）；二是減小太陽熱水系統的平均熱損因數Usl（e）。

3.1 選擇優質的真空集熱管

真空集熱管是太陽能熱水器的集熱部件，真空集熱管內玻璃管外表面的選擇性吸收涂層可以吸收射入的太陽光，對內玻璃管內的介質進行加熱，從而實現將太陽能轉換為熱能。真空集熱管的質量將對太陽熱水系統的能效產生重要的影響。

為了滿足能效的要求，選擇使用的真空集熱管應符合GB/T 17049-2005《全玻璃真空太陽集熱管》的要求，在GB/T17049-2005標準中，相關的性能指標如外玻璃管太陽透射比、半球發射比、涂層的太陽吸收比、真空性能等都直接影響真空集熱管對太陽光的吸收效率，從而影響太陽能熱水器的熱效率。

外玻璃管太陽透射比指標反映太陽光能透過外玻璃管的程度，透射比越高太陽光透過外玻璃管的比例越大，照射到內玻璃管外表面吸收涂層的太陽光越多，能量損失越小。選擇性吸收涂層是一種光熱轉換材料，選擇性吸收涂層的太陽吸收比越高，太陽光能轉換成熱能的效率越高。內、外玻璃管間被抽真空，良好的真空性能可以有效的降低真空管內的熱量向外界環境的散失。

3.2 提高集熱器采光面積的有效性

對于真空管型太陽能熱水系統，真空管集熱器真空管之間的間隙會引起太陽光的泄露，使得集熱器實際采光面積變小，從而導致能量的損失，降低了家用太陽能熱水系統的能效。因此，減小真空管的間隔，可以有效的提高集熱器采光面積的有效性，從而提升家用太陽能熱水系統的能效。

另外，合理設計集熱器采光面擺放的角度，使得集熱器采光面能在日間獲得最大的太陽輻照量。在成本允許的情況下，采用太陽跟蹤系統，集熱器采光面能根據太陽的實際位置調整采光面朝向，減小太陽光和集熱器采光面法線間的夾角。這些措施也可以有效的提高集熱器采光面積的有效性、提升家用太陽能熱水系統的能效。

3.3 完善結構設計，提高真空管內熱水與儲熱水箱內熱水的循環

家用太陽能熱水系統以真空管內的水作為導熱的介質，真空管內的水通過與水箱中的水循環、置換達到對水箱內的水進行加熱的作用。

通常情況下，真空管內的水無法放出，這些熱水所吸收的熱能也不能計入有效得熱量，造成了太陽光能的損失。因而，完善太陽熱水系統的結構設計，使得真空管內熱水與儲熱水箱內熱水充分循環，使得真空管內的熱能被充分的利用，也是提升家用太陽能熱水系統能效的途徑。

3.4 提高保溫效果

由公式（1）可知，減小太陽熱水系統的平均熱損因數可以提高家用太陽能熱水系統的能效。而采取良好的保溫措施可以有效的降低熱損。

可以通過下列途徑提高保溫效果：

（1）選擇優質的發泡保溫材料；

（2）增加保溫層的厚度；

（3）采用整體發泡技術，減小各管件連接處的間隙；

（4）合理設計上水口和排氣口等孔洞，避免不必要的管口導致熱量的損失。

［1］賈鐵鷹.能源效率標識制度及實施相關問題［J］.建設科技，2011（24）.

［2］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 26969-2011家用太陽能熱水系統能效限定值及能效等級［S］.2011.

［3］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 17049-2005全玻璃真空太陽集熱管［S］.2005.