太阳能热水器的发展历史现状及管道冷水问题解决方案

卢文博　马路宽 李新号

摘要：随着我国经济的持续快速增长，人民生活水平日益提高，热水器在我国居民使用率逐年提高。自上世纪90年代末以来，我国的太阳能热水器行业一直呈现着增长的趋势。尤其随着全球化石能源危机和温室效应等国际能源问题的提出和重视，更加快了太阳能热水器的发展步伐。因此，本文将主要对热水器的发展历史及当前主流热水器的发展现状进行阐述，并分析太阳能热水器在使用过程中易出现的管道冷水问题，并系统地分析了产生原因，给出了解决方法。

关键词：太阳能热水器；发展史；现状；管道冷水问题

太阳能热水器利用的是太阳辐射散热的能量，对太阳光进行吸收并传递热能给水箱内水，以达到提高水温，为人们生活供给热水的目的。太阳能热水器的发明和普及改善了人们的生活，减少了生活中常规能源尤其是化石能源的消耗。

一、太阳能热水器的发展历程

太阳能热水器的发展最早要追溯到18世纪60年代瑞士科学家设计的第一台太阳能集热器。它奠定了太阳能热水器的发展方向和核心原理，为后来热水器的设计和完善提供了模板和基础。在1891年，世界上第一台真正意义的太阳能热水器在美国马里州发明问世，根据设计原理命名为闷晒式太阳能热水器。闷晒式太阳能热水器设计布局结构简单，成本低廉，对工艺要求较低。同时缺点很明显，保温性能差，热水必须在当天傍晚及时用完，很大程度上制约了太阳能热水器的应用与发展。

在20世纪40年代，热水器的发展步入正轨。当时在美国生产了6万多套太阳能热水器，实现了初步的大规模生产，迈出了全球普及的第一步。在随后的40年里，太阳能热水器迅速地发展壮大规模，到20世纪80年代，全球已经有超过300多万台太阳能热水器投入使用。

近10年里，欧洲的太阳能热水器使用率一直呈现着迅猛的增长趋势，不仅一直保持着17%以上的增长率，而且还提出了在2020年达到14亿平方米覆盖面积的宏伟预言。由此可见欧洲国家对太阳能热水器的重视程度之高。

太阳能热水器的发展在我国起步较晚。1958年在天津大学设立的太阳能浴室才算是我们对太阳能热水器研究与开发的真正起步。

在20世纪70年代，我国兴起了对太阳能的开发利用为核心的科技浪潮，开始重视研发太阳能的吸收利用和太阳能热水器的设计。起初，我们以平板式和闷晒式为主，但生产和研发都受到技术与工业水平的制约，难以追赶国外先进水平，只能进口外国设备对热水器进行研究学习。直到1987年，我国对平板集热器的设计制造有了重大突破，建立了全玻璃真空集热管和热管真空管集热器工业，使得太阳能热水器的制造水平达到一个新的高度。

随后十多年，我国的太阳能热水器行业保持着旺盛的生命力，一直快速地进行着更新换代和设计研发。在1992年时，在我国进行过一次全国性的普及调查，调查显示当时我国在太阳能热水器行业的年平均生产量仅为不到50万平方米。而在2000年的追样调查种，这个数据增长了近13倍，达到了640万平方米的数值，可这还不是我国太阳能热水器的生产量临界值，在2005年的调查显示太阳能热水器年产量达到了1500万平方米，在2006年又突破了1800万平方米，行业产量的固定资产已经达到了200亿元以上。就目前来看，我国已经成为世界上太阳能热水器的最大生产国和最大销售市场，我国的太阳能热水器的年平均生产量已经是欧洲的2倍，北美的4倍之多。

二、我国太阳能热水器发展成果和存在问题

太阳能热水器是现在我国大力提倡普及的热水器设备。相比其他热水器，太阳能热水器不但节省常规能源，没有任何污染物或废弃物产生，可以高效产出热水，而且运行费用几乎为零，长期使用经济效益好，使用寿命也很长，切实响应了我国建设能源节约型、环境友好型社会的号召。虽然太阳能热水器有着其他类型热水器无法比拟的诸多优点，但它的推广还有着很多的难坎等待突破与完善，如热水器设备单价过高，热水器工作运行效果易受自然光照情况影响等，这些都将制约着太阳能热水器在我国的推广普及。

几年前《中国妇女报》曾经对我国热水使用现状和我国热水的期望进行过一次调查，调查显示超过九成的家庭用户支持增加生活中热水的使用范围，还有近六成的家庭用户赞同理想的热水使用量达到我国现状的4倍以上，其中新增热水使用范围包括洗衣服、洗米、洗菜等多个方面。基于这次调查，相关方面的专家认为：我国在家庭热水使用总量这方面的增长趋势在至少3年内不会低于欧美等国的增长趋势，甚至有望在4年内与欧洲的人均使用量持平。由此可以推测出，我国的太阳能热水器市场在近10年内至少还将保持约300亿的增长空间，足够每年提供250万个太阳能热水器进行更换维修而不会出现市场饱和。

由以上分析可见，我国太阳能热水器的市场依旧有着迅猛的增长趋势和旺盛的生命力，未来发展前途广阔，但需要去完善的方面也有很多。现有热水器还普遍存在一个共同的问题就是每次使用时管道内贮存无用冷水的浪费。另一方面是用户等待一段时间才接到热水，影响了其进一步推广使用。而针对即热式电热水器，在开启热水器后，在相当长时间内管口出水水温无法达到使用要求。据相关统计表明，热水器在设备开启后平均约需要释放20s水后才能流出达到适宜水温的水。

在家庭生活中使用太阳能热水器时，有着很明显的冷水浪费现象。因为太阳能热水器安装位置往往在小区楼层的楼顶，在家庭用户使用热水时，从热水器到用户家之间的管路中均为自然温度的冷水，这些水无法当做热水使用，所以一般会被白白流失。用户根据所在楼层的不同而会放掉不同量的纯净水。对于用户来说，这些水不能作为热水使用，可却也是可再利用的纯净水资源，是一种生活中存在而无法避免的水资源浪费。由此可见，水资源的浪费发生在每一户家庭的每一次用水上。

三、解决方案

发现这一生活中的水浪费后，我们现在试给出下面几种办法来尝试解决这个问题。

（一）三阀单口式（设备及阀门布置详见图1）

1.准备阶段。在安装完成之后，打开冷水开关和电磁阀，关闭热水开关，使自来水沿上下水管流入水箱内，并等待太阳辐射将水箱内水加热至一定水温。

2.回流阶段。准备使用热水时，打开电磁阀和冷水开关，关闭热水开关，依靠高位水箱的自身重力势能将上下水管中的管路存水回压至冷水管路内。

3.正流阶段。回流完成后，打开电磁阀、冷水开关和热水开关，使自来水和水箱内热水混合后从热水开关内流出，通过控制冷水开关大小来控制淋浴喷头出水水温。

（二）回流水箱式（设备及阀门布置详见图2）

1.准备阶段。开启入水开关，在热水器管路系统内充满水，并等待太阳辐射将太阳能热水器保温水箱内水加热至一定温度。

2.回流阶段。开启温度探头，并打开水泵及电磁阀开关，由温度探头自动检测水龙头出口附近水温。当水温达到设定参数时，由电子控制元件控制，开启电磁阀，并关闭水龙头附近阀头，使下水管内冷水靠自身高水位自主回流入回流水箱储存起来。

3.正流阶段。当温度探头检测水龙头附近出口水温达到设定参数时，由电子控制元件控制关闭电磁阀，开启水龙头处阀头，使下水管内热水流出水龙头，使用户正常使用热水。

4.节水阶段。当回流水箱内水位计检测得回流水箱已存有足够水后，在下一次开启回路使用热水时，由电子控制元件开启水泵，将回流水箱内冷水沿上水管流入太阳能热水器保温水箱，完成节水，对管内冷水集中回收再利用。

由有关统计计算表明，我国人均用水量为国际平均用水指标的1/10，全国现在有超过110个城市在面临着严重的供水问题，尤其在华北地区，人口稠密，工业发达，现在水资源匮乏和地下空洞问题已经成为了制约该地区经济发展的重要因素之一。所以，对日常用水“大户”太阳能热水器进行管路回流改造设计，不仅能够为个人家庭提供用水方便和节省管内废弃冷水，而且能够为保护我国水资源，缓解我国淡水资源危机做出力所能及的贡献。

参考文献：

1.葛健，《谈我国太阳热水器行业的发展历程》[EB/OL]，2009.06

2.黄维政，《即热式电热水器成市场新宠》[N]，《中国消费者报》，2004.07

3.赵磊、李满，《家用太阳能热水器使用中存在的问题及解决方法》[J]，《建筑节能》，2007.35

【责编 金 东】