太阳能热水器新型节水开关研发探讨

摘 要：太阳能热水器是运用太阳能进行加热生活用水的装置，按照结构分类，太阳能热水器可以被分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器两种，目前市面上常用的太阳能热水器类型主要为真空管式。在经济快速发展的今天，越来越多的人开始过上优质幸福的生活，但与此同时，民众对能源及水资源的需求也越来越迫切。太阳能热水器的优良性能众所周知，并且已经被广泛使用，但旧式的太阳能热水器对水资源的浪费现象非常严重，而这也成为了研究设计新型节水开关型太阳能热水器的现实基础。

关键词：太阳能热水器；新型节水型开关

1研究背景

目前，太阳能热水器引起优异的性能和节约能源的特点，正成为人们日常生活中越来越重要的热水提供装置，但它也有一个不容忽视的明显缺陷，就是严重浪费水资源。特别是到了严寒季节，人们每天对热水的需求量都明显高于普通季节，但当用户刚打开水龙头时，一开始流出的水都不是用户所需的热水，只有在水龙头流出大量冷水之后，水温才会缓慢上升。但在水温达到人们的要求之前，流出的冷水并不符合用户的需求，因此这一阶段流出的水通常都会被用户浪费掉。天气越寒冷，这种浪费就越严重。基于这样的现状，应对目前普遍使用的太阳能热水器冷热水管道进行路径区分，利用现有技术设计出新的出水开关装置。为验证此装置的实用性，可以通过实验的方式进行测试，在提高节水开关实用性的同时，还能够提高其安全性和可靠性。新型节水开关的工作原理在于回流从热水管道中流出的达不到用户使用要求的冷水，使其重新回到热水器中加热，这样一来有助于减少对冷水的浪费。

2新型节水开关

2.1创新点

研究者应着眼于目前各国、各地区所共同面临的水资源短缺问题，将目光集中在普通居民日常生活中所出现的普遍现象上，充分利用知识技能，对常规太阳能热水器进行小规模改进工作，同时确保其有效性和实用性，从点滴做起，减少水资源的无谓消耗。其中一个创新点在于，可以在普通的太阳能热水器水管中加入符合要求的电子设备，经过合理组装后，使设计出的开关装置不仅能够完全替代普通开关的所有功能，还能够实现回流冷水、只放热水的目的，以达到减少冷水浪费的现象[1]。

2.2工作原理

（1）开关组成

此新型节水开关主要通过三通接头、温控混水阀、水龙头、温控开关、微型水泵以及止回阀等部分构成。开关装置的具体工作方式如图1及图2所示所示，此装置由家柏饰SK012型恒温混水阀、兴宁牌40型温控开关、永德信410型DN15 4分接口止回阀、DHE牌12V扬程6米型微型水泵、帝洁DJ033型号4分接口软管以及mbs DN15型不锈钢三通接口构成。

（2）开关工作原理

根据图2内容，节水开关的具体工作步骤如下：

第一步，将微型水泵的电源开关打开，然后将电源开关与温控开关进行串联，只要水管①中的水温低于设定温度时（设定40℃），连通温控开关，微型水泵就开始工作。

第二步，当低温水流从水管①中流出后，热水器中的热水也逐渐进入到水管①当中，而当水管①中放置的温控开关探头处水温超过了设定的水温之后，温控开关就会自动断开，与此同时，微型水泵会立即停止运行。在这一过程中，止回阀能起到禁止冷水再次流入热水管道中的作用。

第三步，开启恒温混水阀，此时水管①中已经全部是热水，而恒温混水阀就可以直接将管中的热水和冷水混合，然后直接流出用户所需温度的水，具体温度用户可以自己设置[2]。

第四步，在用户使用完热水器后，就可以将恒温混水阀和微型水泵的电源开关关闭了。

第五步，如果用户不需要使用热水，可以不用打开微型水泵的电源开关，只将恒温水阀打开，并调整水温至20℃左右即可。在这之后，若是用户再次需要使用热水，那么就只需要重新打开恒温水阀并调整好温度就可以。

3节水效果分析

3.1实验结果分析

此次实验先采用的外接水管内直径为2cm，水管长度为4m，具体节水量通过波形图展示，根据观察可以发现，随着预先设定好的水温降低的同时，节水量开始增加，而当预设水温逐渐升高时，节水量则呈现出明显的降低趋势，虽然这是普遍现象，但也有个别例外。总体来看，新型节水开关的应用对太阳能热水器的节水效果还是非常明显的，最低节水0.8kg，最高节水2.3kg。通过研究节水时间的处理可以非常直观的看出，当预设温度升高时，节水时间逐渐上升。

再采用内直径为1cm、长度为5m的外接水管进行实验，随着预设水温的降低，节水量呈现逐渐增加的趋势，效果较明显[3]。根据此次实验，对比上次实验可以看出，不管水管的内直径和长度如何变化，节水量的变化趋势基本是一致的，不同的只是具体的节水量。

3.2节水效益预测

利用此开关装置实现冷水回流后，以内直径2cm、长度10m的水管为例，在使用之前，水管中的冷水水量约3.14kg，就按照实验数据中最小节水量（0.48kg）来计算，假设冬天时用户平均每日使用6次，每日第一次使用热水器时需要先排出水管中的已存冷水才可以得到符合要求的热水，而后5次使用均不再需要先排清水管中的存水，单个家庭一天就可以节省接近6kg生活用水。这只是按照最低限度计算的结果，正常情况下，普通家庭的用水次数基本是高于这个频率的。一个月下来，节省的水量最少也有180kg，而一个季度下来，节省的水量差不多能达到540kg，超过半吨。

4结语

根据目前市面上普遍使用的太阳能热水器来看，利用现有知识技术及条件，完全可以实现对太阳能热水器的节能改造。新型节水开关可以有效实现预期的节水目的，并且制造、使用简单，可靠，安全性高，节水效益可以直接通过数据计算。

参考文献

[1] 李军，张晓，黄强等.一种新型太阳能热水器简介[J].煤炭技术，2011，30（6）：212-214.

[2] 李明，郑土逢，季旭等.立面阳台式太阳能热水器的性能特性[J].农业工程学报，2011，27（10）：228-232.