提高家用太阳能热水系统能效的方法研究

张嵩伟

（江苏省产品质量监督检验研究院,江苏 南京 210000）

0 引言

由国家质检总局、国家标准化管理委员会发布的国家标准GB 26969-2011已经实施了近2年的时间。该标准对贮热水箱容积在0.6m3以下的太阳能热水系统适用。该标准规定了家用太阳能热水系统能效等级、能效限定值、节能评价值、试验方法及规则。该标准的实施将进一步促使家用太阳能热水系统生产企业研发能效更高的产品，加速低能效产品的淘汰。

1 标准对家用太阳能热水系统的能效提出要求

GB 26969-2011将家用太阳能热水系统能效分为3级，各等级家用太阳能热水系统的能效系数应符合表1-4的规定。

其中1级能效最高。各等级家用太阳能热水系统的能效系数应符合表1-4的规定。

能效限定值为表1-4中能效等级的3级。节能评价值为表1-4中能效等级的2级。其中能效限定值是强制性要求，也就是说，能效等级低于3级的家用太阳能热水系统产品将不得上市销售。

2 能效系数的计算

家用太阳能热水系统能效系数按照式（1）计算:

式中相关变量的定义如表5所示。

检测相关参数的试验条件应符合 GB/T 19141、GB/T 18708或GB/T 26970、GB/T 26971热性能试验条件的规定。

其中，单位轮廓采光面积日有用得热量Qs（e）、平均热损因数Usl（e）的测量按照GB/T 19141、GB/T 18708或GB/T 26970、GB/T 26971的方法进行试验。

表1 紧凑式家用太阳能热水系统能效等级

可见，对特定的某型号家用太阳能热水系统而言，Qs（m）、Usl（M）为确定值。那么，单位轮廓采光面积日有用得热量Qs（e）和平均热损因数Usl（e）将直接影响到家用太阳能热水系统的能效系数CTP。其中，单位轮廓采光面积日有用得热量Qs（e）越大，家用太阳能热水系统能效系数CTP越大；平均热损因数Usl（e）越小，家用太阳能热水系统能效系数CTP越大。

表2 分离直接式（分体单回路）家用太阳能热水系统能效等级

表3 分离间接式（分体双回路）家用太阳能热水系统能效等级

表4 闷晒式家用太阳能热水系统能效等级

表5 相关变量的定义

3 提高家用太阳能热水系统能效的方法

由上面的分析可知，提高家用太阳能热水系统能效可从两个方面入手，一是尽可能的提高热水系统单位轮廓采光面积日有用得热量Qs（m）；二是减小太阳热水系统的平均热损因数Usl（e）。

3.1 选择优质的真空集热管

真空集热管是太阳能热水器的集热部件，真空集热管内玻璃管外表面的选择性吸收涂层可以吸收射入的太阳光，对内玻璃管内的介质进行加热，从而实现将太阳能转换为热能。真空集热管的质量将对太阳热水系统的能效产生重要的影响。

为了满足能效的要求，选择使用的真空集热管应符合GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》的要求，在GB/T17049-2005标准中，相关的性能指标如外玻璃管太阳透射比、半球发射比、涂层的太阳吸收比、真空性能等都直接影响真空集热管对太阳光的吸收效率，从而影响太阳能热水器的热效率。

外玻璃管太阳透射比指标反映太阳光能透过外玻璃管的程度，透射比越高太阳光透过外玻璃管的比例越大，照射到内玻璃管外表面吸收涂层的太阳光越多，能量损失越小。选择性吸收涂层是一种光热转换材料，选择性吸收涂层的太阳吸收比越高，太阳光能转换成热能的效率越高。内、外玻璃管间被抽真空，良好的真空性能可以有效的降低真空管内的热量向外界环境的散失。

3.2 提高集热器采光面积的有效性

对于真空管型太阳能热水系统，真空管集热器真空管之间的间隙会引起太阳光的泄露，使得集热器实际采光面积变小，从而导致能量的损失，降低了家用太阳能热水系统的能效。因此，减小真空管的间隔，可以有效的提高集热器采光面积的有效性，从而提升家用太阳能热水系统的能效。

另外，合理设计集热器采光面摆放的角度，使得集热器采光面能在日间获得最大的太阳辐照量。在成本允许的情况下，采用太阳跟踪系统，集热器采光面能根据太阳的实际位置调整采光面朝向，减小太阳光和集热器采光面法线间的夹角。这些措施也可以有效的提高集热器采光面积的有效性、提升家用太阳能热水系统的能效。

3.3 完善结构设计，提高真空管内热水与储热水箱内热水的循环

家用太阳能热水系统以真空管内的水作为导热的介质，真空管内的水通过与水箱中的水循环、置换达到对水箱内的水进行加热的作用。

通常情况下，真空管内的水无法放出，这些热水所吸收的热能也不能计入有效得热量，造成了太阳光能的损失。因而，完善太阳热水系统的结构设计，使得真空管内热水与储热水箱内热水充分循环，使得真空管内的热能被充分的利用，也是提升家用太阳能热水系统能效的途径。

3.4 提高保温效果

由公式（1）可知，减小太阳热水系统的平均热损因数可以提高家用太阳能热水系统的能效。而采取良好的保温措施可以有效的降低热损。

可以通过下列途径提高保温效果：

（1）选择优质的发泡保温材料；

（2）增加保温层的厚度；

（3）采用整体发泡技术，减小各管件连接处的间隙；

（4）合理设计上水口和排气口等孔洞，避免不必要的管口导致热量的损失。

［1］贾铁鹰.能源效率标识制度及实施相关问题［J］.建设科技，2011（24）.

［2］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 26969-2011家用太阳能热水系统能效限定值及能效等级［S］.2011.

［3］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 17049-2005全玻璃真空太阳集热管［S］.2005.