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新型自控温平板太阳能热水系统
的研发立项报告
一、立项依据
1．国内外现状、水平和发展趋势:
平板太阳能热水系统作为太阳能光热利用的一种主要产品类型，以其独特的优越性占据了国外87%和国内12%的市场，近年来在国内发展比较迅速。
国外以应用平板太阳能热水器为主有多种因素：首先是平板太阳能热水系统具有可分体承压、安全可靠、寿命长、易与其他热源二次换热、外形美观能与建筑完美结合等独有特点而成为国外市场的首选：
1. 目前国内也有真空管分体承压太阳能热水系统，但是，不仅在美观和与建筑结合方面不如
平板太阳能热水系统，并且成本也高于平板太阳能热水系统。
2. 平板太阳能热水系统安装方式依照建筑风格、条件，可安装在屋顶、阳台、墙面，建筑师
在设计时可作为建筑材料设计使它与建筑完全融为一体。
3. 平板太阳能热水系统产品材料以铜、铝或复合材料为主，回收利用率更加环保。
4. 平板太阳能热水系统热性能好。平板太阳能系统经过国内外多年的研发改进，其产品的热
性能已超过真空管太阳能集热器。目前国标要求平板集热器的瞬间转换效率为72%以
上，而真空管集热器只要求在64%以上。
5. 平板太阳能热水系统由于集热器的流道均为金属管路可承受压力并且采用工作介质循环换
热，所以安全可靠寿命长。
6. 平板太阳能系统有效采光面积大、资源利用率高，在同等太阳能条件下，平板太阳能集热
器占地面积小，而真空管太阳能集热器管与管之间有空隙造成资源浪费、占用安装面积
大。
平板太阳能集热器密封技术在国内、外上存在一些不足之处（如：集热器四角间隙、背板
与边框的制作工艺、压条跟密封条之间的结构设计缺陷等），易造成集热器渗水。为了解决这一问题，公司在集热器的框架结构、密封材料的选型和密封材料的结构设计、制作工艺等方面进行研究与验证，解决集热器渗水事宜。
其次，目前的阳台壁挂式太阳能热水系统按热交换方式分有自然循环和热强制循环。自然
介质循环运用温差热虹的现象实现对流交换循环，该热交换方式受温度差和交换面积的影响，交换速度慢、交换效果差。热强制循环的换热效果较好但其辅助系统繁杂且耗电，工作泵长时间也容易出现故障，整个系统运行不稳定。而且一旦停电其控制系统及工作泵站无法正常工作，
会使即热系统过热产生高温、高压甚至造成交换系统崩溃。以上两种热交方式的热水器的热量传递，均利用集热器和水箱交换器介质的温度差进行热交换，受温差的影响，吸放热效果差。且传热量都无法进行有效控制，容易造成生活用水过热气化而使水质恶化。甚至容易造成热交换系统结垢，进而影响热交换的使用寿命。热强制循环交换方式的辅助工作泵站系统的配备，加大了热水系统的附加成本和能耗，机械辅助工作泵站也增加了维护成本。
随着人们对太阳能建筑一体化利用和高度重视，太阳能光热利用在基础工业、现代农业和
太阳能建筑一体化方面有了较大规范的应用。人们需要一种防冻、低能耗，热传递速度快且可以智能控制温度的传递太阳能热水系统。
为了弥补这一空白，我司发明了一种选用超导介质、无工作泵站、传递热量快且水箱能根
据设定温度控制集热器热量传递，能无电运行的平板太阳能热水系统。
2．项目开发的目的、意义：
由于平板太阳能更节能、更安全及美观耐用、易与建筑一体化等优点，是国际市场上的主流产品，本项目致力于将平板太阳能热水系统的研发和生产，对集热器的选择性涂层、优化设计、改善制造工艺，攻克产品的防冻和防过热等技术难点，努力改善国内平板集热器与国外技术和质量上的差距，充分利用国内机械工业资源来完善和改进产品的制作工艺，不断提高产品的质量和效率。
3．本项目达到的技术水平及市场前景。
自90年代以来，我国太阳能热水器经过10多年的市场培育，已经进入全面启动时期，而日渐显现的常规能源危机，更是进一步加速了太阳能热水器市场的发展速度。
目前中国城市家庭中，57.4%拥有燃气热水器，31.3%拥有电热水器，拥有太阳能热水器的只有
7.6%，但在城市家庭的购买预期调查中，三者的比例将演变为35.8%、30.2%、23.2%，太阳能热水器的比例将大幅度增长，开始成为燃气、电热产品的重要竞争对手。同时，太阳热水器以其环保，经济和能源可再生性越来越受到城区和边远地区的青睐，太阳能将迎来高速发展的黄金时期。
太阳能热水器的市场前景非常广阔。有关专家分析，未来太阳能热水器市场将呈现如下特点： 一是国家的节能减排事业为太阳能行业提供了空前支持。自2005年开始，国家就开始提出节能减排。2007年的十七大报告又把建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式提到了发展战略的高度。当前，全国各地也出台了节能减排的相关政策并处贯彻落实之中。着重开发风能、水能、生物能、核能、太阳能等新能源成为节能减排工作的重要内容。根据相关统计数据，我国每年新建建筑约有20亿平方米，接近全球年建筑总量的50%，建筑耗能达到社会总能耗的20%。当前，许多地区开始推广强制节能措施，要求建筑节能标准提高到65%以上，而依靠建筑材料节能无法达到这个标准，应用太阳能成为最佳选择。
二是太阳能热水器强制安装政策加速了行业发展的步伐。2007年，太阳能热水器行业的政策环境在不断规范和完善，在国家出台的“可再生能源发展规划”中，2010年和2020年太阳能热水器的应用保有量将达到15000万平方米和30000万平方米，其能源替代量为2250万度和4500万吨标准煤，或相当于700亿度和1400亿度电。我国太阳能产业的发展极大地改善了城乡居民的生活，可见，太阳能有着广阔的市场。
国家建设部出台了新建建筑必须安装太阳能的规定。目前，国内多个省市已经大力推广，推进太阳能与建筑一体化，如在江苏、广东、海南、山东、甘肃、深圳、浙江等地区都明确要气12层以下建筑要全面推广和配置太阳能热水系统。同时，国家发改委规定2015年停止电热水器和燃气热水气的生产，为太阳能应用提供了巨大的双赢空间，太阳能产业发展可谓迎来前所未有的契机。
三是房地产开发，特别是二、三线城市温度不减，为太阳能热水器行业不断注入新活力。随着城市化进程加快，当前房地产经济依然持续升温。如何开发节能环保的住房已经成为房地产业的新目标。建设部明确提出，重点发展节能省地型住宅和公共建筑，太阳能成为首选能源。太阳能走进房地产既是太阳能企业所想，也是房地产开发商所愿，实现了企业、房产商、消费者的多方共赢。
随着我国建筑向高层发展的趋势，太阳能的安装和使用也逐步的向分体式发展，而在分体式太阳能的解决方案中，平板太阳能高效集热供热系统装置以其独有的高级热性，高传导性，与建筑结合的灵活性，较高的安全性大大超越真空管式太阳能，满足了真空管式太阳能不能满足的消费需求。
二、开发内容和目标
1．项目主要内容及关键技术:
（1）、生产工艺方面，国内多数厂家的生产工艺仍然停留在全手工作坊式生产水平，且参照标准是国内的要求相对较低的行业标准。而我们公司的产品质量是通过自动化或半自化设备及合理的生产工艺来满足的，我们已经扔拥有自动激光焊接机、自动拔孔机、自动弯管机、自动切割机设备。
（2）、产品的各方面性能指标及设计参照标准方面 ，这款产品的设计参照标准是欧洲的太阳能标准EN12975,即在产品的强度、刚度、密封性能、耐气候性能、热性能、外观以及产品的适用性都超越了国内的同类产品，与此同时产品的加工性能充分考虑国内的工业基础，以确保在国内可以提供的生产设备基础上生产出一流的产品。
项目实现的质量标准类型、标准为：
GB/T6424-2007 平板型太阳集热器技术条件
GB/T4271-2000 平板型太阳集热器热性能试验方法
EN12975.1-2006太阳能系统和部件 集热器第一部分一般要求
EN12975.2-2006太阳能系统和部件 集热器第二部分测试方法
EN12976.1-2006太阳能系统和部件工厂制造系统第一部分一般要求
EN12976.2-2006太阳能系统和部件工厂制造系统第二部分测试方法
关键技术为：太阳能光热转换效率优化设计
控制系统综合技术的研究；
平板集热器密封/焊接技术的优化。
集热器外观/结构优化。
2．技术创新之处:
本项目的创新之处在于：
1、 自控温热水系统
前面已经提到：目前平板太阳能热水系统按热交换方式分有自然循环和热强制循环。以上
两种热交方式的热水器的热量传递，均利用集热器和水箱交换器介质的温度差进行热交换，受温差的影响，吸放热效果差。且传热量都无法进行有效控制，容易造成生活用水过热气化进而使水质恶化。甚至容易造成热交换系统结垢，进而影响热交换的使用寿命。
本系统采用超导介质、无工作泵站、传递热量快且水箱能根据设定温度控制集热器热量传递，能无电运行的太阳能热水系统。
2、 我司设计的新型框架结构，是一种加厚型的耐高低温、耐老化和连续式无缝密封材料（EPDM
三元乙丙），其产品密封性好，防水、隔潮、热损系数为2.68W/m*k，国家标准要求为5W/m*k，新型高效平板太阳能集热产品瞬时效率高达79.9%，而国家标准要求为72%。从而保证了产品最大限度的吸收转换热量，最小限度的散失热量。
3、 外框采用优质铝合金（6063-T5，表面阳极氧化），机械加工性好，机械强度高，耐候性强。
产品表面可承受能静载高达200kg/m2及1050g钢球1米高处冲击，寿命可达15年之久。
4、 工艺创新：采用基材为铝板和导管为铜管配合的数控整板激光焊接技术，其焊点结
合力强（1.2Mpa的拉力不脱焊），热阻小，减少吸热体涂层的破坏，提高吸热体传热效率。而传统超声波焊接技术材料浪费大、吸热涂层破坏大、热阻高，吸热体传热效率低。
3．主要技术指标或经济指标
主要技术指标为完成各模块预订的功能，具体为：
1、 采用超导介质、无工作泵站、传递热量快且水箱能根据设定温度控制集热器热量传递，能
无电运行的太阳能热水系统。耐压：在1.2Mpa的压力下使用传热介质不泄露。
2、 新型高效平板太阳能集热产品瞬时效率高达79.9%，而国家标准要求为72%。热损系数为
2.68W/m*k，国家标准要求为5W/m*k。外框采用优质铝合金（6063-T5，表面阳极氧化），机械加工性好，机械强度高，耐候性强。产品表面可承受能静载高达200kg/m2及1050g钢球1米高处冲击，寿命可达15年之久。
3、 产品的热流道采用TP2（磷脱氧铜）焊接而成，铝合金地板与换热铜管间实现激光焊接，
焊点均匀，热影响区小、吸热板焊接后不变形、焊缝平整、美观、焊点结合力强（1.2Mpa的拉力不脱焊），无气孔，具备足够的承压能力。
三、开发试验方法及技术路线（工艺路线）
自控温太阳能热水系统工艺流程图
新的平板集热器与水箱之间，不需要用泵循环加热。
承压集热器的蒸发器的低沸点介质，吸热气化后产生的高温高压气体，经承压集热器内的管理组件由进气管进入水箱内的交换冷凝器放热，使得水箱内的水受热增温，交换冷凝器内的介质气体经热交换降温后成为液体介质，流入交换冷凝器下方的储液器。液体介质由温控阀控制由回液管流回承压集热器的蒸发器内，完成密闭的吸热和放热循环。当水箱内的水温达到设定温度后，温控阀关闭，低沸点介质暂存于储液器内，无法流回承压集热器的蒸发器，承压集热器进入空晒状态，从而无法完成热交换。当水箱温度低于设定值时，温控阀打开，低沸点介质重新流回承压集热器的蒸发器内，介质吸热气化完成下一个放热循环。
自控温系统中的关键部件是机械压力式温控阀结构，主要由液体传感器和压力弹片阀组合而成。特点是精度、可靠性高。工作原理：当水箱里的水温大于或等于85度时，液体传感器内的压力升高，压力弹片阀关闭。此时，储热水箱内导热介质不再进入集热器内，使集热器处于空晒状态，储热水箱里的水温不再升高。当水箱内的水温低于75度时，液体传感器内的压力下降，压力弹片阀断开，出热水箱内导热介质进入集热器内进行热交换，从而达到控温的目的。
新型高效平板太阳能集热器密封性好，防水、隔潮；
现在市场上平板集热器产品结构多如上图所示老的结构：
1、 外框的装备多采用简陋的铆钉连接，不仅影响外观，并且产品容易渗水，产品的机械
强度也难以保证。
2、 产品密封条材料多为不耐高温的丁腈橡胶，且结构多为拼接式，所以产品的密封性难
以保证。
3、 产品的结构不便于安装、运输。
新的设计特有的边框和背板一体化结构的新型框架结构，同时配套设计无缝密封条（EPDM三元乙丙）加厚型的耐高低温、耐老化和连续式无缝密封材料，进行产品的密封。其产品密封性好，防水、隔潮、热损更小；改善了边框和背板铆钉连接所带来的间隙，杜绝集热器直接渗水，从而提高集热效率及节能效果。
其产品密封性好，防水、隔潮、热损更小。
生产工艺采用数控整板激光焊接技术：
焊点结合力强，热阻小，减少吸热体涂层的破坏，提高吸热体传热效率。而传统超声波焊接技术材料浪费大、吸热涂层破坏大、热阻高，吸热体传热效率低。产品的换热流道采用TP2（磷脱氧铜）焊接而成，抗腐蚀性强，热传导效率更高，铝合金底板与换热铜管间实现激光焊接，改变过去超声波焊接的吸热涂层破坏、导管受损严重、热阻大等缺点。使得焊点结合力强、吸热板涂层表面破坏小、热阻小，从而 保证系统的高效、安全运行，具备足够的承压能力。
四、现有开发条件和工作基础
1．承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件）；
全公司大专以上人员共13名，占全体职工工人数比例为40%。同时具有多名从事太阳能研发经验丰富的资深工程师，并有多名从广东等最早生产太阳能平板热水器企业过来的技术员和技术工人。公司成立以来不断深入进行开发研究，从2009年1月起就建立技术开发部，配有专业的技术研发人员，配置主要的研发工具、设备、检测手段。目前在国际上也有较高的评价，新开发的第一个项目产品已获得德国TUV实验室测试通过并获报告，以及欧盟Solar Keymark认证，通过外籍专家Rainer等一行人现场评审，已获证书。本公司与兰州交通大学一直在进行太阳能平板热水器项目的研发。并定有研发平板太阳热水器的合作协议。企业高度重视产品的研发，加强研发投入，每年都有新产品投入生产。公司已开发成功了多项新型技术产品并拥有国内知识产权。
企业现拥有生产车间6000平方米和一个新产品研发中心300平方米，一个新产品检测中心480平米，主要生产设备和检测设备有：全自动数控激光焊接机3台、自动弯管机1台、铜管拔孔机1台、玻璃清洗剂1台、压铆平台2台、自动切割机2台、剪切机1台、卷机2台、冲床2台、专用
试压设备设备1套、拉力机、盐雾试验机、高温烤箱、玻璃透光仪、膜厚仪、橡胶度硬计、五合一程控安规测试仪各一台。
公司以“科技创新，持续改善，保护环境，造福人类”为质量方针，通过了ISO9001-2008质量管理体系认证，并全面贯彻执行ISO14001-2004标准要求。企业生产经营规范化、产品质量、技术含量均得到国内领先水平，是目前国内平板太阳能行业唯一一家通过太阳认证的企业。同时公司还顺利取得欧盟CE认证，德国TUV检测认定，并获Solar Keymark证书。国内太阳能行业康居认证，江苏省科技成果奖鉴定。目前被江苏省质量监督管理中心授予诚信服务AAA级企业称号。
五、项目经费情况
项目申请总经费(万元): 105.00。
六、项目组编制及人员名单
项目主要人员名单如下：
七、计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度）
新型自控温平板太阳能热水系统的研发立项报告 一、立项依据1．国内外现状、水平和发展趋势:平板太阳能热水系统作为太阳能光热利用的一种主要产品类型，以其独特的优越性占据了国外87%和国内12%的市场，近年来在国内发展比较迅速。国外以应用平板太阳能热水器为…
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