工业设计论文发表期刊推荐《中国高新技术企业》，《中国高新技术企业》杂志是国家统计局主管的国家级科技期刊，国际标准刊号ISSN1009-2374，国内统一刊号cn11-4406/N，邮发代号：80-930，大16开本，1994年创刊，宋健同志题写刊名。是中国核心期刊（遴选）数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中文科技期刊数据库、CNKI中国期刊全文数据库、万方数据库、龙源国际期刊网等全文收录期刊。
摘要：作为一种新型能源，太阳能是一种不会造成任何污染的、取之不尽的绿色能源。现阶段，国内各个领域已经普遍使用太阳 能作为其主要能源，国家也大力鼓励在国内建设太阳能的一体化使用。笔者以上海一家别墅区的太阳能热水系统作为例子，详细介绍太阳能热水系统从设计到应用中 的一系列问题。
关键词：太阳能,绿色能源,太阳能热水系统
0前言
上海市每年接收的平均太阳辐射总量是4521MJ/(㎡*a)，根据我国太阳能资源带的分类标准，上海市属于国内的三类地区。这一条件为太阳能 热水系统的研发和利用提供了良好的基础保障，同时国内对太阳能的利用较为重视，太阳能技术也成功跻身世界领先行列，所以这也为太阳能热水系统提供了良好的 技术支持。但是上海的别墅区对太阳能热水系统的利用率相对偏低，其根本原因在于热水器与别墅不能美观的搭配，没有适合的安装位置。因此在新型别墅的设计 中，就要将太阳能热水系统考虑进去，为实现国家的低碳环保作出贡献。
1工程实例
上海市吴泾镇嘉怡水岸联排别墅紧邻紫竹科学园区，开发商为香港嘉华国际集团。联排别墅作为一期工程，主要的设计任务还是由来自于澳大利亚、加拿 大的专业团队完成。联排别墅中的每一套均有独立的太阳能热水系统，笔者结合该别墅区的太阳能热水系统的设计安装资料，简要探讨系统的实际应用以及经济效 益。
2太阳能热水系统设计的内容
2.1太阳能热水系统设计的原则
第一，太阳能热水系统必须具有安全可靠实用的性能。
第二，要充分的考虑到天气的变化：当太阳能充足的时候，选择使用太阳能作为能源；当太阳能不足的时候，再运用其他能源代替，例如电能、燃气等。
第三，太阳能热水系统须具有操作简单方便的特点。
第四，太阳能在别墅中安装的位置要合理，既能保证充分的接受光照，还要方便维修，同时，要充分考虑到太阳能热水系统的安装要与别墅相协调，不能破坏建筑的美观性。
第五，控制好太阳能热水系统的成本，争取最大限度的实现其性价比最高。
2.2太阳能热水系统的设计
太阳能热水器可以依据集热器同水箱的位置关系而进行分类，主要有分离式和紧凑式两种；若依据加热方式的不同来分类，可以有间接加热和循环加热两 种；从水流循环的角度来看，则又可以分为强制循环和自然循环两种。在本次别墅热水系统的设计和安装中，都是将太阳能配以燃气热水系统作为辅助加热，集热板 放在屋顶，储水箱放在地下室。此为分离式直接加热强制循环系统。设计中将水箱同集热器进行分离，主要是为了方便修理维护工作的开展，这也将减小对别墅立面 的影响。为了防止在热水出来前有凉水的浪费，设计中有使用到水泵进行强制循环。
2.3太阳能集热器的选择和计算
参考集热器的面积计算公式：
本式中各个参量：Ac即为需要的集热器面积，单位m2；qrd即为原始设计的日用热水量，单位L/d；tf为水箱内的设定水初温，单位℃；tc 为水箱内的设计问题，单位为℃；f为太阳能接收有效率；Jt为集热器单位面积上获得的日平均太阳辐射；η是集热器的热能转化效率，通常的取值范围是 0.25~0.5；ηL是传输管路的热能损失率，通常设定为0.2~0.3；ρr表示的是加热后的热水密度；C为比热容，固定值4.187；将所有数据带 入公式，计算得出Ac，即为集热器的总面积。
2.4太阳能热水系统设计的要求
第一，将热水系统分成两个独立的回路，确保用水过程的安全。
第二，充分考虑到天气等原因对太阳能利用的影响，配合辅助能源，实现24小时供应热水。
第三，系统应该充分考虑到夏天以及冬天的气温差异，做好防冻、防炸管的处理工作。
第四，要利用现代化技术，实现热水系统的智能化控制。
2.5常用的太阳能热水系统及其特点
第一种，真空管太阳能热水系统。其特点是：其一，实现分体循环的工作模式；其二，能够适应别墅——热水器一体化的要求；其三，其真空管是用金属 玻璃材料制成的，其具有很好的导热性，能够实现高效率的吸收太阳能中的热量；其四，系统设备中的储水装置维持水质干净不被污染；其五，用金属玻璃制作成的 真空管，其强度大，在夏天高温的情况下保证蓄水不会导致真空管炸裂，在冬天低温的情况下能保证真空管不会因低温受到破坏；其六，整个太阳能热水系统构造简 单，安装方便；其七，相比传统的真空管，这种新型的真空管具有不易固结水垢，其密封性好，不易使沙土进入其中导致阻塞，避免了定期清洗管道的繁琐程序。
第二种，空气热源泵热水器的工作原理类似与空调的原理，即是利用热力的循环，从空气中获取一定的热量，通过压缩设备，将热量源源不断的注入水 中，从而为用户提供热水。这类热水器具有以下特点：其一，需要一部分电力作为动力；其二，不单单是以太阳能作为能源；其三，这类热水器操作方便，其内置电 脑芯片，可以实现自动控制，最大程度的节省电能；其四，安装位置不再受太阳照射位置等条件的约束；其五，实现热水系统的全自动运行，加热迅速，且其储水能 力较大。因此其成本以及使用费用相对较低。
3效益比较
现今大量使用的有以下几种热水系统：太阳能热水系统、太阳能配合热泵热水系统、太阳能配合电力热水系统、太阳能配合燃气热水系统、电热水器、燃 气热水器。在不考虑用电高峰期和低谷期电费不用的情况下，太阳能配合热泵的热水系统是最经济的，其次是太阳能配合燃气热水系统，往后依次是热泵热水系统、 燃气热水器与太阳能配合电力热水系统，最为不经济的是电热水器。
在综合电费差价以及燃气价格波动的情况下，再进行经济分析。如果用电高峰期的电费按照每度电0.65元、低谷期电费每度0.35元计算，燃气的 价格按照每立方米4.0元的价格计算，太阳能配合热泵热水系统依然是最经济的，电热水器依然是最不经济的。在本次设计中，采用的是太阳能配合燃气热水系 统，两者之间的差距大概在每年2000元左右。
4结束语
在设计并制造太阳能热水系统的相关设备的过程中，要严格遵守以太阳能为主要能源的原则，而且用其他能源作为辅助的时候要充分考虑到其安全性，所以制造出来的太阳能热水器应该实现智能控制的模式，增加其安全系数。
虽然当前已经有越来越多的住宅使用了太阳能热水，但是限制于技术以及其他方面的原因仍不能得到广泛普及。我国未来对清洁能源的开发利用将大力推动和扶持太阳能热水系统，相信在不久的将来，太阳能技术将为人类社会带来更多贡献。
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