按照储热水箱的压力状态，可以分为敞开式和封闭式两类。在通常的大气压力下，空间采取何种形式为宜，需视实际情况而定。

⑴敞开式

因水箱与大气相通，承受压力较小，但容易受酸性腐蚀，且由于氧气易溶于水，故对容器的耐腐蚀性要求较高；另外，系统所用消耗伯扬程也要求较高。一般多用于大型太阳能系统。

⑵封闭式

因水箱内充满水，故上方应设置膨胀箱，以避免将储热水箱破坏。其优点是配管系统简单，所需水泵的扬程较小，因而循环泵消耗的动力较少；其缺点是所承受的静压力比较大，对储热水箱的耐压要求也比较高，因而耐压容器的设备费用较高。一般多用于小型太阳能系统。

实际应用中，建筑物的供热水系统和屋顶的储热水箱（与自然循环热水系统配套使用）大都是敞开式的；此外，利用基础梁的空间作为储热水箱以及使用混凝土制的单独储热水箱也都是敞开式的。相反，当系统运行温度在100℃以上时，除非采用特殊的传热介质，否则所用储热水箱必须是封闭的；此外，放置在地面上的强制循环热水系统的储热水箱也大都是封闭式的。

储热水箱的结构材料，敞开式的多用镀锌钢板、不锈钢和玻璃钢等，而封闭式的则多用搪瓷、不锈钢和玻璃钢等。

储热水箱的结构形式，多半采用圆筒形，一则易于加工，易于封闭，比较经济；二则放热性能较好，所形成的死水区域较小；三则具有较好的耐压性（在内压相同的情况下，作用在圆筒壁上的张力与半径成正比）。

⑴热动态特性的主要参数

①储热水箱内死水区域的大小；

②由储热水箱内不同温度的水的混合程度所确定的混合特性M值的大小；

③储热材料内部所存在的温度梯度；

④热交换器的热容量；

⑤与储热水箱连接的管道系统的热容量；

⑥储热水箱本身以及与其相接触的周围环境的热容量（适用于埋在地下的储热水箱）。

对于利用水作为蓄热介质的储热水箱来说，因为不必使用热交换器，故可不考虑上列③④两项。

⑵影响热动态特性的因素

①水箱内流体的混合状况—在实际使用的储热水箱中，水流线有可能形成非完全活塞流的形式，这样不仅不能充分地储热，也会使所储存的热量不能得到完全的利用。

②水箱的结构和循环水量—主要是指水箱内隔板的数量和配置方式，连通管的数量、管径和设置位置，还有箱的形状和循环水量等。

③失热和得热—由于水箱本身具有围护结构表面，故不可避免地会有失热和得热。对于为削平瞬时用热高峰而设置的短期储热水箱来说，如果埋于地下又采取隔热措施，则对其热动态特性反而不利，因为土壤具有热容量，也能起到一定的储热作用。

④储热温度和取热温度—所谓储热温度，是指储热终了时水箱内的平均水温；所谓取热温度，则是指从水箱内取热时的出口水温。热量能否充分地加以利用以及整个储热水箱运行时间的长短，都与这两个温度的取法密切相关。

在使用储热水箱时，出口水温的变化状况对于热负荷来说是重要的。从理论上讲，可以通过求得箱内的水温分布情况来获得输入温度和输出温度（即通常所谓的进、出口温度）之间的函数关系。但这样做就必须应用三维的连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程来求解，步骤十分复杂，所需计算程序也很长。

在实际设计中，并不需要直接了解箱内的水温分布温度，而只需知道输入温度和输入热量随时间的变化情况，并能求得输出温度随时间变化的结果即可。主要使用的是“瞬态响应法”，即把整个水箱视作一个系统。如果假定输入和输出之间存在着线性关系（当进、出口水温相差不大时，即可近似地认为如此），则对于任何输入温度的变化，都可通过卷积积分求得其输出温度的变化。

总之，利用储热水箱作为热水、采暖及空调系统的小规模和短期储热装置，在太阳能热利用中起着重要的作用，并已取得了一系列的实际应用。如果需要进行大规模和跨季度长期储热，近二三十年来已有一些国家开始研究地下含水层作为有效的储热和节能措施。

太阳能热水系统中的集热器及其置于室外的管路，在严冬季节常常因积存在其中的水结冰膨胀而胀裂损坏，尤其是高纬度寒冷地区，因此必须从技术上考虑太阳能热水系统的“越冬”防冻措施。常用的太阳能热水系统防冻措施大致有以下几种。

集热器是太阳能热水系统中必须暴露在室外的重要部件，如果直接选用具有防冻功能的集热器，就可以避免对集热器在严冬季节冻坏的担忧。

本书第1章介绍的热管式真空管集热器以及内插管的全玻璃真空管集热器都属于具有防冻功能的集热器，因为被加热的水都不直接进入真空管内，真空管的玻璃罩管不接触水，再加上热管本身的工质容量又很少，所以即使在零下几十摄氏度的环境温度下真空管也不冻坏。

另一种具有防冻功能的集热器是热管平板集热器，它跟普通平板集热器的不同之处在于，吸热板的排管位置上用热管代替，以低沸点、低凝固点介质作为热管的工质，因而吸热板也不会冻坏，不过由于热管平板集热器的技术经济性能不及上述真空管集热器，应用尚不普遍。

双循环系统（或称双回路系统）就是在太阳能热水系统中设置换热器，集热器与换热器的热侧组成第一循环（或称第一回路），并使用低凝固点的防冻液作传热工质，从而实现系统的防冻。双循环系统在自然循环和强制循环两类太阳能热水系统中都可以使用。

在自然循环系统中，尽管第一回路使用了防冻液，但由于贮水箱置于室外，系统的补冷水箱与供热水管也部分敷设在室外，在严寒的冬夜，这些室外管路虽有保温措施，但仍不能保证避免管中的水不结冰。因此，在系统设计时需要考虑采取某种设施，在用毕后使管路中的热水排空。例如采用虹吸式取热水管，兼作补冷水管，在其顶部设通大气阀，控制其开闭，实现该管路的排空。

在强制循环的单回路系统中，一般采用温差控制循环水泵的运转，贮水箱通常置于室内（底层或地下室）。冬季白天，在有足够的太阳辐照时，温差控制器开启循环水泵，集热器可以正常运行；夜晚或阴天，在太阳辐照不足时，温差控制器关闭循环水泵，这时集热器和管路中的水由于重力作用全部回流到贮水箱中，避免因集热器和管路中的水结冰而损坏；次日白天或太阳辐照再次足够时，温差控制器再次开启循环水泵，将贮水箱内的水重新泵入偏执器中，系统可以继续运行。这种防冻系统简单可靠，不需增设其他设备，但系统中的循环水泵要有较高的扬程。

近几年，国外开始将回流防冻措施应用于双回路系统，其第一回路不使用防冻液而仍使用水作为集热器的传热介质。当夜晚或阴天太阳辐照不足时，循环水泵自动关闭，集热器中的水通过虹作用流入专门设置的小贮水箱中，待次日白天或太阳辐照再次足够时，重新泵入集热器，使系统继续运行。

在自然循环或强制循环的单回路系统中，在集热器吸热体的下部或室外环境温度最低处的管路上埋设温度敏感元件，接至控制器。当集热器内或室外管路中的水温接近冻结温度（3~4℃）时，控制器将根据温度敏感元件传送的信号，开启排放阀和通大气阀，集热器和室外管路中的水由于重力作用排放到系统外，不再重新使用，从而达到防冻的目的。

在强制循环的单回路系统中，在集热器吸热体的下部或室外环境温度最低处的管路上埋置温度敏感元件，接至控制器。当集热器内或室外管路中的水温接近冻结温度（如3~4℃）时，控制器打开电源，启动循环水泵，将贮水箱内的热水送往集热器，使集热器和管路中的水温升高。当集热器或管路中的水温升高到某设定值（或当水泵运转某设定时段）时，控制器关断电源，循环水泵停止工作。这种防冻方法由于要消耗一定的动力以驱动循环水泵，因而适用于偶尔发生冰冻的非严寒地区。

在自然循环或强制循环的单回路系统中，将室外管路中最易结冰的部分敷设自限式电热带。它是利用一个热敏电阻设置在电热带附近并接到电热带的电路中。当电热带通电后，在加热管路中水的同时也使热敏电阻的温度升高，随之热敏电阻的电阻增加；当热敏电阻的电阻增加到某个数值时，电路中断，电热带停止通电，温度逐步下降。这样无数次重复，既保证室外管路中的水不结冰，又防止电热带温度过高造成危险。这种防冻方法也要消耗一定的电能，但对于十分寒冷的地区还是行之有效的。

生活用热水（盥洗、淋浴）的温度要大于体温，一般在39-42°比较适宜，厨房洗碗可以用相对比较高温的水（70°以上），可以省去洗洁精等化学合成剂，所以热水的供应应满足生活的需要，45-60°比较适宜，且不易结垢，国家规范生活热水水温≤60°间接加热热媒温度≤90°

用量表60℃热水用水定额

一般市政冷水供水的压力3-6公斤/平方厘米，（0.3-0.6MPa），实际用水末端的压力一般在2-3公斤（20米-30米水柱）。

热水的压力与冷水的压力相等时调水时相对容易，冷热水的压力差别越大，调水越不好调，尤其是开式太阳能热水器，热水的压力源自水箱与用水末端的垂直距离，一般很难达到与冷水压力相等的状态，尤其是顶层安装太阳能的用户，热水压力一般也就是3米，与冷水压力差别10倍，所以用热水就会很困难，表现一是调水不好调，二是热水不能喷出来，只能是沥沥啦啦。

实际上在热水压力为1.5公斤时，既能达到舒适的用水压力，再有热水的用量也比较节省，既舒适又环保。

并具备几个特征：

1） 开式水箱，与大气相通，顶端会有一个富氧层

2） 真空管底部的水不能排出，水箱内的水每次不一定用完

3） 水温环境40-60°时候比较多

这样就给细菌的滋生提供很好的条件，早在几年前就有因饮用太阳能的水而胃肠生病的报道，而且时间久了还会有亚硝酸盐等致癌物产生。

新鲜水太阳能热水器就很好的解决了这方面的问题。结构如图： 新鲜水太阳能热水器不使用水箱内的水，只作为储存热能的介质，当用水时冷水经换热盘管吸收热量后迅速顶出，无任何二次污染，水质洁净，压力澎湃。

工程名称：中国人民解放军第二炮兵部队专家楼太阳能热水系统。

承建单位：北京索乐阳光能源科技有限公司。

工程所在地址：北京市昌平立水桥。

建筑性质与形式：独栋和联体别墅。

用热水人数：4-6人/户，共计32户，每户建筑面积约600 m。

当地的太阳辐照量：水平面平均日辐照量：14.106MJ/ma。

当地气候条件：年平均气温11.5℃，日照时数2910h。

系统介绍

选用平板集热器和U型管集热器，每户集热器面积共9 m。

利用储热水箱的盘管换热器满足生活热水。

集热器附着在斜屋顶，与建筑物同步设计、同步安装。

管路系统与建筑物同步设计、同步安装。

辅助能源采用电加热，3KW。

储热水箱的容积1200升。

系统原理图实景图片

二炮分体太阳能实景图(3张)

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太阳能光热的利用随着常规能源的枯竭及环保越来越多的重视并得到很大的推广和利用，就以下几个问题做简单的介绍，仅代表个人意见。

1. 安装面积

自上世纪90年代初期，真空管太阳能的出现开始，太阳能热水器开始的得到大多数百姓的认可，主要解决了四季都可使用热水的问题，中国一家大型太阳能企业的安装量能比得上欧盟的安装总和，在集热面积的推广上中国当之无愧的第一。

2. 安装费用

中国家庭使用的主流产品是普通敞开式太阳能热水器，这种热水器的价格每台2000-5000人民币，工程产品的价格每吨水（加热到45°）20000元人民币左右，发达国家的产品价格及安装费用要数倍于国内市场。

3. 集热器的形式

国内家用机大部分采用全玻璃真空管集热器，商用机也主要以全玻璃真空管集热器为主，这种集热器价格相对低廉，但产品的安全性、稳定性低，其他金属流道集热器相对较少，如平板集热器、热管集热器、U型管集热器，平板集热器在中国南方所占比重要多一点。

国外太阳能集热器以金属流道为主，尤其以平板集热器居多，这种集热器以寿命长、稳定性高，以及可以相对更好的与建筑结合，使用量比较多。

4. 集热方式

国内家用机以紧凑式真空管式为主，一次换热、敞开式无压系统，将自来水加热后直接使用，这种系统安装成本低廉，但稳定定性差，使用不方便，不能完全满足生活热水的使用标准，合格的热水需要满足四大要素：水温、水量、水质、水压，国内普通太阳能热水器只满足了两个条件即水温和水量，在水质和水压方面不能达到使用标准。

商用系统方面也同样以敞开式一次换热为主，室外管冻裂、水压、水质问题依然严重，但极大地满足了中国客户简单的、基本的热水需求，使一般中国百姓改善了生活中从没有热水到能有热水使用的状况，但距离完美的热水系统还有很长的路要走，也有少量国内企业在这方面也动了很多心思，可以做到出水承压，水质新鲜可饮用，但推广的量比较少。

欧美国家的家用和商用系统一般采用集热器和水箱分离的系统，采用二次换热系统，一次换热采用太阳液做换热介质，防止管路冻结。在西班牙，明文规定太阳能的室外管线必须采用防冻液换热，不得将一次水系统设计在室外，换热器两侧均采用闭式系统，蓄能水箱也均采用闭式水罐，并可以有多种方式与常规热源的自动接驳。

5. 与建筑的结合情况

国内家用太阳能热水器一般采用圆形水箱，相对建筑来讲，比较突兀，很难与建筑完美结合，商用机采用管式，将集热器以30°到50°的倾角倾斜在屋面上，比较呆板。北京有一家公司叫北京索乐阳光在这方面做了很好的示范，有相对新颖的设计，比如将水箱设计成六方型、方圆形的，水箱的颜色也不再是珠光白、大红、大绿，而使用相对沉稳的灰色，与建筑颜色比较相匹配。集热器的布置，可以平铺到屋面或者做成弧面状，显得更有灵性。

景观太阳能图片(4张)

国外在这方面做的比国内好很多，一般欧美国家的屋面以破屋面居多，大量使用平板集热器，外观平整，似天窗，水箱设计时放在室内，这种系统复杂，系统效率也比紧凑式一体机能耗大、效率低，造价也比较高，不适合在国内大面积推广。

6. 企业运营方式

太阳能系统看似简单，其实在热水系统里面是最难做好的一种，一般常规能源来讲，设备安置在室内设备间，会有稳定的能源供给，而太阳能系统则不成，集热器必须露天放置，风吹、雨淋、冰冻、暴晒，满足长期室外的恶劣天气，阳光辐射的强度、入射的倾角没有一刻是相同的，且阴天、雨雪，晚上就没了，所以要做好这种太阳能系统，将不稳定的能源变成稳定、持续、标准的热源，相比常规热源的难度是可想而知，由于种种原因，跑、冒、滴、漏冬季不能正常运行的情况时常发生，太阳能系统自身的能耗高也是很大的一个问题。

实际上用户的使用、安装条件都是不同的，都是个性化的需求，如何将这种个性化的设计、安装做到完美，在国内的这种商业模式是很难做好的。

国内的企业一般是生产厂家+代理商的模式，著名厂家比如皇明、清华阳光、桑普、天普、太阳雨、力诺瑞特，都采取这种方式，这种模式厂家生产规模很大，主要是规模化生产，从集热器毛坯玻璃管、水箱、温控仪的电子设备、钣金，所有的部件都由厂家完成，再大的厂家甚至从矿山开始，炼制集热器用的玻璃，生产链很长，涉及多行业、多产品、多部门。厂家更多的是专注于产品自身的生产，系统的设计、安装、维护只有代理商进行。厂家要比代理商强势得多，而他们的代理商往往以小老板、夫妻店居多，公司化运作的占不到总数量的10%，安装人员的培训较少，素质相对比较低，主要以新时代的农民工为主，缺乏专业的培训，中国的其他行业也有很多这种情况，可能与中国的教育制度有关，技工层面的人员缺失。厂家和安装商两级的法人结构造成在沟通能力、协调能力、安装水准方面产生很多问题。

国外这种专业的分工更细致、更专注，集热器、储水箱、温控仪、太阳能专用辅材的生产，专门有不同的生产厂家完成，他们更专注于某一个领域，产品的稳定性、使用年限都比国内优秀，最后的安装由专业的有资质的系统集成商来完成，由他们整合客户的设计、产品的选型、实地的安装、维护。这样的系统才能有更好的个性化设计，最大限度的满足用户的使用要求，系统集成商对于中国的一般老百姓来讲认知度比较低。

7. 安装能力

要想把一件事情做好，必须把每个细节做好；要想把一件事情做坏，只需一点即可做到。大家都听说过一个马钉毁掉一个王国的故事，即是这个道理。

太阳能的安装不同于普通电热水器的安装，电热水器其实只是一个挂机的安装，太阳能系统则不同，复杂得多，每个用户都是个性化的，需要良好的太阳能主机、认真的测量、设计、有保障的的辅材、标准的安装和负责任的服务，且不同的地域应选择不同的主机、辅材和安装方式，每个环节都做好，使用起来才能放心、舒心。

国内在这方面能够做的很好的不多，主机没问题，辅材问题不断，系统能耗比较大。没有良好的设计、会商制度，施工图纸粗陋，甚至根本没有，师傅带徒弟，图上没有，全靠心里走，时常缺少配件，经常是临时到建材小店里买，容易出问题的可能就是这个小配件，可要知道一个太阳能用的垫片都要高于普通热水器的使用标准，高温时可达100°，低温时又有可能达到-20°，如此反复，普通垫片不漏水就不对了。

国外在这方面做的比我们好很多，前期设计细化，配件质量相对更好一些。

8. 产品的品质及技术水平

中国的产品同欧美发达国家相比还有一定的差距，产品质量、外观设计、系统安全性、稳定性比国外还有一定的差距。

9. 国内太阳能企业对太阳能的误解

⑴ 太阳能在很多时候是不行的，由于阳光辐照量不确定的问题，导致热水供应波动严重，对于集热器的技术非常重视，五花八门的过度宣传，三靶干涉膜、航天镀膜、紫金镀膜、梅花管、三高管、三强管等等，其实太阳能集热器的集热的效率差别一般不会超过5%，往往忽略了储热系统及热量的输送环节。

晴天热量过多，春夏秋三季热量过多，冬季、阴雨天热量不足，太阳能的储热能力就变的异常重要，所以储热量要大，保温效果要好，尽量让热水保持在60度以下运行，这样效率高，不易结垢，也可防止管道和电子元件破坏，而非热水器温度越高越好，要看总热量的多少。

热水输送环节最常见的问题是室外管路保温的防护和探头的敷设位置，一般厂家采用空调行业常用的橡塑保温或聚乙烯保温，这种材料在高温时（80-100°）被烫坏，好多由于没有金属外皮的防护，容易吸水而失效，导致系统大量散热，集热循环探头也没有安装在集热器内部，而是敷设在热水口外侧，甚至热水管道上，探头不能监测集热器真实温度，导致集热循环启动滞后，显示偏低，最终导致系统效率变低。

⑵ 市场现存的真空管集热器、热管集热器、U型管集热器、平板集热器，市场宣传口径也不同，各厂家都在王婆卖瓜，其实每种集热器都有不同的优势，他们单从集热能力上来讲相差不了太多，应根据不同的场所、不同使用要求选择适合的产品，不能单独评说优劣，适合的才是最好的。

⑶ 一般国内厂家把太阳能水箱再内置电加热作为独立的一个热源供应系统用户直接使用，从系统的节能性和稳定性来讲，把太阳能热水作为提高冷水温度的初级热源，然后当温度达到用水温度时直接供出，当水温不够时，再进入常规热源补充加热，这样优先使用太阳能，系统变得高效、稳定，北京融华世家小区的太阳能既是这样的系统，太阳能加热后供给小区热力站，然后再输出到用户。

1.所有施工人员应服从现场管理人员的安排、调动，严格遵守劳动纪律，执行安全规范制度，确保安全生产、文明生产，确保施工质量。

2.施工人员要严格遵守有关工种安全保障规则。上班时间穿戴整齐，严禁穿拖鞋进入工地。

3.施工现场禁止打闹，在有危险的房顶施工应注意系上保险绳，确保人身安全。

4.不得将无关人员带进施工现场。

5.保持住地的卫生，下班后应保持文明举止，不要大声喧哗和做一些不文明的举动。

6.安装人员应严格遵守客户的一切规章制度，除在工作场地和必要的联系地点外，不得到与工作无关的厂房、办公室、仓库等场所；爱护客户公共设备、花木和一切生产和非生产设施。未经客户许可，不得参观客户厂房和设施。

7.施工现场负责人每天应检查施工人员的安全保护，并督促个施工人员在工作之余应注意安全，做一个遵章守纪的公民，不做违法之事。