太阳能热水器本科毕业论文.docx

太阳能热水器毕业论文毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日江西太阳能学院教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要太阳能热水器是目前一种具有较成熟技术、应用广泛的可再生能源产品，在全球的很多国家都得到了广泛应用，在提供热水、减少常规能源消耗、提高人民的生活水平等方面发挥了巨大的作用。在欧洲、澳洲等国家，太阳能热水器主要是作为辅助热源与常规能源联合运行使用，既能供应日常生活和洗浴热水，还能为房屋供暖；在美国，太阳能热水器主要是用于家庭游泳池的加热。在全球范围内，即使是在可再生能源界，也普遍存在着低估和忽视太阳能热利用的现象。为此，国际能源机构太阳能供热和制冷委员会（IEA.SHC）等诸多国际机构时刻呼吁各方加大对太阳能热水器的关注和支持，避免低估太阳能热效应的作用，推动太阳能热水器的普及和应用。 在我国，随着人们生活水平的不断提高，市场上各种热水器的使用已相当普及。相配套的控制仪器也随之相继问世。 太阳能热水器作为三大热水器之一，因其无污染、使用方便、长期投入成本低等特点，而越来越受到人们的青睐，但是很多的人去选太阳能要么就不懂他的原理，要么就不懂它的构成，把这些弄懂后。以后自己买太阳能热水器就不会那么盲目了。 全文分三大部分。第一部分描述太阳能的利用和前景发展状况。第二部分描述太阳能系统组成及工作原理。第三部分为太阳能的外观组成和软件设计，分别介绍了传感器的特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。 关键词：太阳能的发展；太阳能系统组成及工作原理；太阳能热水关键词：太阳能的发展；太阳能系统组成及工作原理；太阳能热水器外观组成；太阳能的软件设计目录摘要I1.绪论31.1太阳能热水器的发展31.2太阳能热水器的应用及意义32.太阳能热水器相关应用72.1 系统总体结构设计72.2太阳能热水器组成102.3太阳能热水器工作原理图及应用112.3.1.组成以及制造材料122.3.2 优缺点 142.3.3技术发展及市场分析163.太阳能热水器的外观组成183.1 水箱33.1.1聚氨酯33.1.2不锈刚内胆33.2 真空管33.2.1真空管的形成33.2.2真空管的种类33.3 支架33.3.1支架的材料33.3.2支架的外表处理3江西太阳能学院新能源应用工程系1.绪论1.1太阳能热水器的发展世界镀膜之父”是澳大利亚国家科学工程院杰夫瑞.哈丁博士。上个世纪七十年代，出现了石油危机，发达国家纷纷寻找可再生能源，太阳热水器在那个时候出世。澳大利亚悉尼大学在泰伯先生选择性吸收涂层的基础之上，于1977年发明了渐变膜，渐变膜膜分九层，由里到外膜吸收光线的性能逐渐变高，在一定温度下有很好的集热防热损功能。率先研制出“全玻璃真空集热管”的，则是美国欧斯公司。八十年代初，友好的美籍华人贝律昆先生从美国给我国送来几只“全玻璃真空集热管”，沈阳玻璃仪器厂工程师经过艰苦研究，使中国的太阳真空管在中国东北问世。1991年，悉尼大学又创出了“干涉膜”，耐高温多年不老化，性能又进一步提高。作为最早进行太阳真空管研究并取得丰硕成果的悉尼大学，既吸引了世界各地人才也培养出了自己优秀的科学家。其中，杰夫瑞.哈丁博士就是一位核心成员。哈丁早年毕业于英国剑桥大学Gonville和Caius学院，获博士学位。后任澳大利亚联邦科学和工业研究组织CSIRO首席研究科学家。1983年哈丁博士和同事S.克雷格博士发明了有着喷溅A1/A1N选择性吸收的薄膜，这种选择性膜层目前已在中国多家公司大规模生产。除此，作为镀膜专家，哈丁的成果还广泛应用于金属、半导体和电介质以及一些非常新颖的溅射材料中。19821983年，清华大学殷志强教授到悉尼大学作访问学者，归国后在数千个日日夜夜中不知熬白了多少根青丝，1984年发明了渐变“AlN/Al”选择性吸收涂层技术，以出色的性能奠定了中国太阳能热利用行业大发展的基础，开创了中国太阳真空管的产业化；80年代末，章其初先生进入悉尼大学物理系从事材料物理研究工作，他在渐变膜的基础上发明了三靶干涉膜，性能再度提高。2000年前后，章其初进入皇明发明“三高管”，从此成为该品牌市场宣传的金字招牌。市场变化科技进步，哈丁博士此次蓄势来华，想必是要展现悉大现下风采而来。世界太阳真空管研发花开数朵，各有千秋，但在产量和应用量方面，唯中华为大。在2001年中国的太阳真空管生产线已达以393条，而2005年更是高达860条，至2007年突破1000条生产线已完全没有问题。每年200，000，000多支的真空管将从中国诞生，并铺向中国及世界的屋顶，这样的数字对任何一个国家来讲都是一个天文数字，而且这个数字还在以每年25%以上的速度增长着。世界太阳真空管的制造基地在中国，研发基地在中国，专家人才在中国。世界及中国真空管之前世今生，不过尔尔。自主产权下的语境变迁：吸热与保热诉求之争是年以来，在“太阳热水器热量”诉求方面，出现了两类传播声音：一个是“吸热效率高的诉求”，以太阳真空管的高吸热率获得市场青睐，一个是“保热效能好的诉求”，以太阳热水器的高保热性能争取消费者认同。前者如“清华阳光”、“皇明”，后者如“太阳雨”、“四季沐歌”。 皇明主打“三高管”，称“耐高温、抗高寒、高效吸收”，极尽吸热效率之能事；1.2太阳能热水器的应用及意义众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人江西太阳能学院新能源应用工程系预测：二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高（如光电池）。因而尚未被人们大规模的使用。在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。太阳能热水器是以太阳能光热转换，利用温室效应和虹吸原理使水加热的装置，此装置分为两个不同的概念：1.太阳能热水工程系统，这种系统由太阳能集热器、储水箱管线、补水箱组成不同形式的热水系统，包括自然循环式、定温放水式等等，可构成提供热水10吨到100吨的装置，大多提供集体单位使用。2.太阳能热水器是指将上述各种不见组装成一个小系统，提供家庭或需要产热水1吨以下的单位使用，此种装置算为太阳能热水器。太阳能热水器（或系统）均以其采光面积作为计量单位，一般1平方米光面积可产热水100升，采光面积每种型号不同，一般在1.52.0平方米。我国从“六五”计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有250万平方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有180家左右，是目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能企业，有中国太阳能协会为中心的学术中心，以中国农村能源企业协会太阳能热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一系列措施。世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如：澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有25%的新住宅安装了太阳能热水器。日本现在每年安装太阳能热水器近50万台，现在有20%的家庭安装了太阳能热水器，计划今后普及率达到25%，按照日本的“阳光计划”还将为公寓，办公楼安装6500套太阳能热水系统，为工厂安装1900套工业用太阳能热水系统。以色列的法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水器，目前普及率已超过60%。英、法、德、意、希腊五国到2000年底推广热水器600万平方米，比1990年增长2倍多。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是：能源问题、环保问题是当今世界各国面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品，故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以15%20%的速度发展。根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节约标准煤200-300公斤节电1500度，或节约液化气180公斤。采用本热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生的特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户1-3年即收回投资，在这以后提供的热水是免费的。设计可以参考以下的几个意见：1.在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能热水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水管线预埋，以平均每套住宅建筑面积65平方计算，工程造价大约每平方米增加18-20元，2.设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方采光面积产热水100升计算，100平方米太阳能热水系统可产热水10吨，每人每次标准用水40升，可解决250人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计。3.作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计，太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器累计安装使用总量已达300万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。2.太阳能热水器相关应用2.1 系统总体结构设计 排气管 不锈钢保温水箱图2-1系统结构图图2-1为系统设计的结构图，该图的系统控制原理图如下图2-2： T3 T2 F 3 热 集 水 热 太阳光 F1 箱 器 T1 D 自来水 F2图2-2 系统控制原理图注释：T1：热水箱的温度传感器T2：循环水管中的温度传感器T3：集热器中的温度传感器F1：循环水阀门F2：冷水阀门F3：热水阀门此款热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。1. 早晨水温控制由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度不低于30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器D接通进行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。2. 循环水集热过程早晨水温控制之后（79点），设定当日的水箱温度N（由两位BCD次齿轮开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达到理想温度N。具体控制过程如下：打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门F3处于空控状态。然后开始比较温度，若（T3-T15摄氏度，T2T1）为止。如若T1=N，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。3. 冷水集热控制此时热水箱温度已达到了N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3，和当日的设定温度值相比较，若T3N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为9点20点。具体控制过程如下：关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于可控状态。若T3N，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3N阀门F3继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，次过程充分利用太阳光能转化为热能，方便快捷。4. 水箱加热控制此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡吗？答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。热水箱温度为T1，将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体过程如下： 若T1N，电加热接通；否则，电加热断开，而且，15点20点中的每个小时有下表的关系：表2-1 时间（时） 温度比较 加热值（度） 15 T135N 35 16 T140N 40 17 T145N 45 18 T150N 50 19 T155N 55 20 T160N 60 最终热水箱的温度加热到设定值N。由此可见，即使没有日照我们照样可以洗上热水澡了。综上所述，太阳能供热控制系统不仅节约而且高度只能化，方便省事，不论日常家居，还是对宾馆、学校等都是最佳选择。2.2太阳能热水器组成及原理 6 5 4 7 2 1 3 2-3 热水器装置简图1-集热器 2-下降水管 3-循环水管4-补给水箱 5-上升水管 6-自来水管 7-热水出水管热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。 当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。太阳能热水器工作原理图：2.3 太阳能热水器工作原理图及应用 一、 吸热过程 太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度 。 现有的平板式集热器，基本上都采用结合良好的多管组合方式，如滚压或压延方法等，其中走水管子与吸热板之间的热阻几乎可以忽略。影响平板式集热器板芯性能的主要因素，一是结构设计，二是表面吸收涂层。设计良好的集热器的板芯肋片效率应该在93%以上。集热器的板芯肋片效率与板芯结构、表面处理以及集热器整体结构有关。集热器整体结构的影响可以用总传热系数来描述，其影响程度与自身的几何尺寸（肋片厚度、材质）是一样。也就是说，在同等效率的情况下，集热器热损小时板芯可以薄一些。选择性吸收表面可以提高集热效率，但是市面上这类产品为了提高经济效益，往往肋片较薄。用于热水器场合时，这类产品的实际集热效果与选择性差一些（甚至没有选择性）但肋片厚一些的集热器不会有太大的区别。 二、 循环管路 家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力，设计良好的系统只要有56以上的温差就可以循环很好。水循环管路管径及管路分布的合理性直接影响到集热器的热交换效率。 多数情况下，自然循环家用热水器系统管路中的流态都可以视为层流。 集热器内管路系统的阻力主要来自沿程阻力，局部阻力的影响要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。当水温升高后，由于运动粘度减小，沿程阻力变小，局部阻力的影响变大。在一定范围内，当主管管径不变时，加大支管管径，不仅沿程阻力迅速减小，而且局部阻力也将跟着减小。一般地，支管的水力半径应在10mm以上。当主管管径达到一定值以后，增加主管管径对减小系统阻力意义不大。三、 顶水式使用过程 家用太阳能热水器的用水方式分为落水式和顶水式。落水使用方式不受自来水供水影响，其缺点是使用过程中水温先低后高，掌握不好的话容易造成突然缺水的尴尬。顶水方式则是水温先高后低，容易掌握，使用者容易适应，但是要求自来水保持供水能力。在自来水有保证的情况下，推荐使用顶水方式。 家用太阳能热水器设计成顶水方式时，必须对水箱内部结构进行合理的设计，以保证出水均匀，避免形成水路“短路”或死角。使用管路最好设计成可以转换成落水式的连接方式，在自来水压力不足或停水时应急用。2.3.1 组成以及制造材料太阳能热水器是由真空集热管、保温水箱、支架、连接管道等组成的。 全玻璃太阳能集热真空管 集热器： 系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的时候。目前中国市场上普及的是全玻璃太阳能集热真空管。 结构分为外管、内管、选择性吸收涂层、吸气剂、不锈钢卡子、真空夹层等部分。而国外成熟的集热器都是平板集热器，平板集热器具有寿命长、稳定性高、可回收的优点，但由于较真空管集热器成本稍高，国内生产的很多价格低廉的平板集热器性能确实不好，因此被国内主流太阳能厂家歪曲了平板集热器的性能。但是平板集热器在太阳能行业的发展势不可挡，不是靠一些厂家的误导就可以扼杀的。现在很多设计院的给排水设计师已经意识到了这个问题。全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅3.3特硬玻璃制造，采用真空溅射选择性镀膜工艺。可分为铝氮单靶镀膜工艺和铜、铝、不锈钢三靶镀膜工艺。 保温水箱 保温水箱： 储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成。水箱内胆是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要。市场上有不锈钢、搪瓷等材质。保温层保温材料的好坏直接关系着热效率和晚间清晨的使用，在寒冷的东北尤其重要。目前较好的保温方式是进口聚氨脂整体自动化发泡工艺保温。外壳一般为彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板。 太阳能支架保温水箱要求保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达20年以上。 支架：支撑集热器与保温水箱的架子。要求结构牢固，抗风吹，耐老化，不生锈。材质一般为彩钢板或铝合金。要求使用寿命可达20年。 连接管道： 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的管道，使整套系统形成一个闭合的环路。 设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道质量必须符合标准，保证有10年以上的使用寿命。 2.3.2 优缺点 清华阳光金刚系列优点：安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。 缺点：安装复杂，如安装不当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。 太阳能热水器工作原理太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐，中国，是一个能源消耗大国，每年全国能耗约占全世界能耗总量的13，而全国总能耗中，有13是来自建筑能耗。“向屋顶要能源”，太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备。使用性能优势随着人们环保意识的不断加强，越来越多的消费者倾向于选择太阳能热水器，但很多人对使用这种产品又不是很了解。在这里，我们将太阳能热水器、电热水器和燃气热水器的性能作一个粗略的比较。一、热水产量方面燃气热水器有5升、7升、8升等不同的型号，是指在1分钟内将水温升高25时所产的热水量，如果自来水的温度为25，则每分钟可产50的热水5升、7升或8升。 电热水器的标注则是30升、60升、90升等等，这是指电热水器的容水量，相当于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是30升、60升、90升。拿一个8升的燃气热水器与一个40升的电热水器相比较，8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。如果这一罐水用完，还要等半小时左右。 太阳能热水器按照年平均气温15.7、年日照时数2014小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡平方米计算，如果集热面积为2平方米，年吸收太阳辐射能量为9.37106千焦，按把水温升高35计算（基础水温10），全年可提供生活用热水（45）53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。 二、加热速度方面 目前生产的燃气热水器大多为快速热水器，不论什么时候，只要想用热水，打开燃气阀和水龙头，热水就会流出来。而电热水器需要预先通电半小时左右，才能开始使用。太阳能热水器在天气晴朗的时候使用更好，最理想的楼层在六至八层。 三、温度稳定性方面燃气热水器由于是快速加热，并有调整温度装置，只要在使用开始时调到人体感觉舒适的温度，而后就会一直保持在这一温度恒定地供应热水。电热水器在使用时需要另外接一根冷水管兑入冷水，当罐内水不断流出，冷水不断加入时，水温就会逐渐下降，直到全部是冷水。所以在使用时，需要不停地去调整冷热水的比例。太阳能热水器使用起来暂时还不大方便，要上水，且不能保证时时有热水。三、功率方面燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个8升的燃气热水器和40升的电热水器相比较，8升燃气热水器的功率相当于16-17千瓦，而40升的电热水器一般为3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢？这是不可能的，因为家用电表、电线都无法承受。四、价格方面8升的燃气热水器价格一般在800元以上，再加上安装费，大约在1000元以上，有的甚至接近2000元。电热水器现在都在500元以上，加上安装费用，一般不到1000元。太阳能热水器的价格都在3000元以上。使用费用方面，目前天然气每立方米为1.7元，每度电为0.44元，而太阳能热水器仅耗水费。五、安全性方面燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、占地小、不受水量控制。缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故，但如果能正确地了解这一点，使用时注意，也是很安全的；另外，燃气热水器启动水压高，有些住高层的用户如果不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞、安排气扇等。电热水器的优点是能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水；使用时不产生废气，所以从这一点上讲是既安全又卫生，目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。缺点是体积大、占用室内空间大、易结水垢、对电能浪费大，最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式，可全年全天候使用。缺点是安装复杂，安装不当会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；因要安装在室外，维护较麻烦。 2.3.3 技术发展及市场分析我们国家追溯历史在1958年，天津大学有12.6平米的太阳能浴室。到1973年世界能源危机，寻求可再生能源，我国在上世纪70年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真空物理的背景，坚持了下来。结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。清华大学的发明专利就是铝氮/铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有10到30个纳米，低发射层是到150纳米。太阳能热利用产业的发展。在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。2001年到2006年太阳能热利用产业快速发展。2006年销售额近300亿元，提供就业机会60多万个。中国太阳热水器2005年安装量为世界的77%。真空管型约占世界总产量的90%以上，硼硅玻璃3.3年产量约占世界70%，吸气剂约占世界95%以上，年约1.9亿支真空集热管用，年约0.9亿支显像管用。大量显像管都在中国生产，吸气剂也在中国生产。这三个方面我们已经走在前面。形成配套的产业链。3.3的玻璃30万吨其中用于真空管有28万吨。真空管镀膜生产线1000条及配套设备，生产能力为2亿支，装配约2000万平方米太阳能热水器，还有配套设备。一些骨干企业做了技术改造，提高了企业的装备水平和条件。市场分析 在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。中国的太阳能热利用技术研究开发始于20世纪70年代末，其重点置于简单，价廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室，太阳灶，被动太阳房，太阳热水器，和太阳干燥器。这类技术在农村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生态环境和农民生活起了积极的作用，并收到了实效。20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目。主要的研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集热管。在90年代全玻璃真空集热管的科技成果通过中试转化为生产力形成自行设计和配套的集热管生产线是科技攻关的最杰出的成果。2007年，中国太阳能热水器产量的增长速度约为30%，年产量达2340万（16380MWth），总保有量约为10800万（75600MWth）（太阳能热水器寿命按10年计算，1997年前的保有量作废）。2007年，太阳能热水器市场销售额约为320亿元人民币，产值亿元人民币以上的企业有20多家；2007年，太阳能热水器的出口额增长约为28%，6500万美元左右，产品出口欧洲、美洲、非洲、东南亚等50多个国家和地区。中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20-30的速度递增。但是中国太阳能热水器的生产企业有5000多家，除皇明、清华阳光、华扬、太阳雨、力诺瑞特等10个全国性品牌因质量、售后服务过硬而市场知名度较高外，行业中存在着大量纷繁芜杂的杂牌企业，这种状况不利于行业的长远发展，这就要求政府部门进行规范，加强监管引导。尽管市场现状不如人意，但市场前景仍看好。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大， 3.太阳能热水器的外观组成3.1 水箱3.1.1聚氨酯（1）、聚氨酯基本知识 定义：聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，符号“PU”。聚氨酯是由二元或多元异氰酸酯与多元醇化合物相互作用制得。特点：高强度、耐磨、耐溶剂、耐低温。应用：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、人造革。太阳能保温材料。（2）、聚氨酯构成异氰酸酯（进口牌号）（3）、聚氨酯泡沫生成组合聚醚异氰酸酯聚氨酯俗称：白料+黑料发泡料（4）、常用指标 导热率. 密度 千克立方 闭孔率 （太阳能行业宣传在99.9%）（5）、常见泡沫体缺陷 收缩：原料配比不当。 穿孔：混合时卷入空气。 开裂：内外温差大。 发泡孔粗大：混合不均或原料变质。聚氨脂成型分析：硬质聚氨酯泡沫塑料因其成型工艺简单、导热系数低、，故此成为太阳热水器保温材料的首选。1、存在泡沫收缩的问题，导致泡沫与外壳脱离，外壳变形，真空管口泡沫开裂。2、内胆和外壳之间的聚氨酯泡沫横向或纵向开裂，降低了水箱的保温效果。A泡沫收缩的成因有三种类型：（）固聚氨酯泡沫自身特性而形成的收缩 ，尺寸收缩率不大于，一般在左右。（ 原因是多元醇与异氰酸酯发生化学反应时，摩尔反应热为。使发泡物料中发泡剂受热蒸发在物料中生成气泡，最终形成闭孔结构的硬质聚氨酯泡沫塑料。发泡成型时的最高温度达 摄氏度，在冷却过程中“正常收缩”。(2)发泡，手工发泡、低压发泡和高压发泡。手工发泡指用固定内胆和外壳的所谓“模具”，无精确计量设备，用两只容积相等的容器量取，无法控制黑料和白料的比例，混合多用转速在转分的手电钻或台钻，有的甚至用木棍或类似工具。操作工人没有经过正规培训就上岗操作，对聚氨酯知识知之甚少，认为因素造成发泡布理想。低压发泡，采用多次浇注成型法发泡。其优势是：生产效率高，不浪费料，劳动强度较低，工作环境较好； 缺点是：1、输出压力不能调整，压力随空压机输出压力的波动（）而变化，混合效果不理想，易出现泡沫软、发泡孔粗大、甚至呈现局部白局部黑的现象。2、发泡机的固定的料比：，在料比随料温、粘度等外界因素的影响，很难保证料比的准确配比。3、发泡机有二个温度控制器分别控制白料和黑料的温度，温度只能升高不能降低，生产过程中温度一般控制在之间。 高压发泡：通过高压混合，泡料混合均匀，通过对进出料控制控制实际的温度而控制混合比例。另外先进的发泡机通过控制每次发泡的流量，和喷射的时间来控制泡料的完美成型。（3）内胆处理和不处理两种作法的比较 太阳能内胆有不锈钢和搪瓷两种：不锈钢内胆，（壁厚一般0.250.5）表面光滑；搪瓷内胆强度大、不生锈、表面粗糙。 所谓“内胆处理”是指：1、在内胆外表面涂抹黄油（白油）或粘贴塑料薄膜，让聚氨酯泡沫收缩时同内胆自然分离，保证了外皮和聚氨酯的粘结性不被破坏，将泡沫收缩现象从外壳转移到内胆。2、内胆充入的空气，使内胆能承受一定的发泡压力。这样可以过量填充。最好的是一次过量填充。这样有利于消除拉丝之后的不良泡沫，保证泡沫的整体性能。 “内胆不处理”会出现“脱皮”、“脱壳”，“真空孔管口剥离”等现象。 另外要对成型固定模具进行表面处理，使外表面完整和光滑。B、从组合聚醚的工艺性能和泡沫性能两方面考虑，太阳热水器标准的发泡工艺应具备以下条件： 1、温度：在发泡成型过程中，环境温度以为宜。原料温度可控制在范围或稍高一些。（温度较低时，发泡反应进行缓慢，泡沫固化时间长。温度高，则发泡反应进行快，泡沫固化时间短。温度过高或过低，都不易得到高质量的产品。）模具温度：黑白料的反应是一个放热反应，放出的热量使发泡剂（例如、）汽化而形成泡沫，模具温度控制。模具温度的高低直接影响反应热移走的速度。模具温度低，反应热移走快，发泡倍数小，制品密度大，表皮厚，模具温度高则相反。为了保证聚氨酯发泡反应的充分进行，发泡前应将外壳、内胆、模具作预热处理。保持箱体尺寸、外观形状不变形模具是一个很重要的因素，（聚氨酯硬泡发泡原理是：反应热使发泡剂汽化，发泡体系体积膨胀。）聚氨酯在发泡过程中产生的压力为，需要由内外模具来承载压力，模具应具备足够的强度。可用内胆充气使内胆承载一定的压力。 2、发泡设备：聚氨酯发泡时，黑料和白料在发泡机混合室内停留的时间是很短的，一般几分之一仅几秒，混合效率是一个很重要的因素。黑料和白料混合均匀，形成的发泡孔细腻、均匀、保温效果好。为了确保混合效果，聚氨酯发泡时应使用高压发泡机，并且一次过量填充，过填充率一般为，有利于消除拉丝之后形成的不良泡沫 。 、开模时间：温度是影响热水器开模的重要因素。温度包括环境温度和模具温度。温度高，开模时间短。太阳热水器发泡后一般分钟左右开模，在实际生产过程中可根据温度、过填充量、保温层厚度适当延长或缩短开模时间。 4、后熟化：熟化是指泡沫固化后，在一定温度下放置的过程，目的是让化学反应进行完全，达到良好的性能。开模后的太阳热水器应在温度以上的熟化区中进行熟化。熟化温度越高，所需时间越短。待泡沫完全熟化后再移至温度较低的地方（如成品库）。3.1.2不锈刚内胆常识：中