CN101975671A - 阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统，以及应用该检测系统的检测方法。本方案采用在连接太阳能水箱的进水管和出水管设置循环管路，并向水箱提供额定温度的水进行混水法和排水法进行测试，结果可参考性高；进而把测试后的热水提供给热利用设备以节约用水和检测成本。此外，采用支架模拟太阳能集热器的安装形态，客观性强。

Description

阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统，以及应用该检测系统的检测方法。

背景技术

我国的太阳能资源十分丰富，凭借具有自主知识产权的全玻璃真空太阳集热管得以飞速发展，我国的太阳能热利用日益广泛，目前已经是世界最大的太阳能热水器生产国和使用国。

我国的太阳能热水器应用，70％～80％以上为紧凑式家用太阳能热水系统，即安装在屋顶上的普通直插式太阳能热水器。这一产品发展最早，技术最成熟，应用也最广泛。但是，随着建筑行业的发展，各地的高层建筑越来越多，可供安装太阳能热水器的屋顶面积却越来越少，随着市场竞争的日益激烈，各大太阳能企业都在努力研制新型产品并对现有产品进行改进，阳台壁挂式分体太阳能热水器就是其中之一。阳台壁挂式太阳能热水器可安装在高层建筑的阳台，集热器安装在阳台南墙外侧，水箱壁挂在阳台内，由循环管路连接，通过自然循环原理工作。这一产品近一两年有非常快速的发展，但技术水平有待进一步成熟完善，有关产品的针对性国家标准也正在编制中。

普通直插式太阳能热水器的检测系统较为常见，国内厂家主要有锦州阳光科技发展有限公司和北京昆仑华兴科技有限公司，而国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京)、国家太阳能热水器质量监督检验中心(武汉)、皇明集团以及其他从事太阳能检测的机构等均有自己研制的普通太阳能热水器检测系统，但阳台壁挂式太阳能热水器的检测目前没有专门的企业进行研发生产，也未见到有相关资料述及针对阳台壁挂式太阳能热水器热性能的检测系统。

目前阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测所面临的困难主要有水箱固定问题、与实际使用情况的一致性问题、集热器接收角度调节问题、循环管路安装要求等。一种可供借鉴的技术方案体现在中国第2008102436679号发明专利申请中，其公开了一种混水排水法太阳能热水器自动恒温测试系统，主要包括满足国家标准的恒温系统，并循环利用作为工质的水，实验中采用混水结合排水相结合的方法进行检测。不过该系统结构复杂，环节多，为保证符合国家标准的恒温要求所付出的代价太大，造成该系统包含了多方位的恒温配置。此外环节过多也造成热损环节增多，且泄漏点也比较多，维护不便。此外，循环使用的水固然可以节约用水，但是循环加热之后的水的性能变差，相比于检测结果，水的代价并不是很大，如果把加热之后的水进行热利用，倒不失为一个好的选择。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种模拟阳台壁挂式太阳能热水器实际安装状态的太阳能热水器热性能检测系统，使该系统同时满足排水法和混水法的检测，易于实现温度的规范控制，结果可参考性高。同时，为满足阳台壁挂式太阳能热水器的检测，本发明还提供了一种依据本系统的检测方法。

依据本发明的一个方面：

该发明阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统，其包括：

配置管路，包括用于连接太阳能水箱之进水管和出水管的循环管路，该循环管路配有电磁阀及循环泵；

第一温度检测装置，用于检测所述进水管和出水管所流通工质的温度；

额定温度给水装置，包括配有加热装置、制冷装置以及第二温度检测装置并连接水源的冷水储水箱、连接于该冷水储水箱到所述进水管的给水管，以及安装在该给水管道上的给水泵和流量检测装置；

热水储水箱，经带有电磁阀的送水管道连接于所述出水管；

控制器，连接有所述加热装置、制冷装置及第二温度检测装置，以根据第二温度检测装置的检测值调整加热装置和制冷装置的状态使冷水储水箱的温度在预定的范围内；且该控制器还连接有上述各电磁阀及循环泵和给水泵，以及第一温度检测装置以完成上水、混水和排水控制；

数据采集模块，进行该检测系统所在环境参数的采集，以及所述流量检测装置的检测数据和所述第一温度检测装置的检测数据；以及

支架，包括底座和安装在该底座上的用于安装太阳能热水器水箱的第一竖架和用于安装太阳能集热器的第二竖架，且在安装状态下，太阳能水箱高度高于太阳能集热器的高度。

上述检测系统，还包括从所述循环管路接出的带有控制阀的回水管路，该回水管路连接到所述冷水储水箱。

对于所述给水管还设有二级温度调节器，该二级温度调节器位于所述给水泵的下一级。

所述数据检测模块为独立的数据采集仪，该数据采集仪连接有环境温度传感器、辐照表及风速仪以获取所述环境参数，且连接有所述第一温度检测装置和所述流量检测装置。

上述检测系统，所述第二竖架包括：

两立柱，安装于所述底座上；

一转轴，水平地支撑于所述两立柱上并与立柱转动配合；

一摆架，连接于所述转轴形成摆动副，且该摆架作为太阳能集热器的载体；以及

支撑杆，以所述底座为基础并支撑在所述摆架的底部，以调整摆架与竖直方向的角度。

上述检测系统，所述立柱的上端部为一U型槽，相应地，在所述转轴两端具有配合U型槽底部的柱面。

所述转轴的端面设有直径大于U型槽宽度的轴环。

所述支撑杆为伸缩杆，且其底部转轴安装于所述底座上。

所述摆架的下部带有支撑太阳能集热器的钩部。

依据本发明的另一个方面依据所述阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统的检测方法，其包括以下步骤：

a)根据待检测太阳能热水器的安装状态结构把太阳能集热器及太阳能水箱安装于支架上，并连接好所述检测系统，进而进行水密性测试，若不满足要求则进行检测直至满足要求，若满足要求，则进入下一步；

b)调整冷水储水箱内的水温至20±1℃，得试验用冷水；

c)启动给水泵将所述实验用冷水送入太阳能热水器水箱直至达到额定水量，并保证进入太阳能水箱的水温在20±0.2℃；

d)混水：关闭给水管和连接到热水储水箱的管路，启动循环泵并获取第一温度检测装置检测的温度值，若检测温度在连续5分钟内变化小于0.2℃时，停止混水，并记录当前的太阳能水箱内的水温值；

e)集热：关闭出水管和进水管，使待检测的阳台壁挂式太阳能热水器集热预定的时间；

f)排水：关闭循环管路，并开启出水管和进水管，以及连接到热水储水箱的管路；然后启动给水泵向太阳能水箱内给水，以把加热后的热水排出，数据采集模块每5s钟记录一次进水管的温度T1和出水管的温度T2，以及给水量，直至T2连续5分钟的温度变化小于0.2℃时结束排水；

g)把所得数据存储以备计算。

本发明采用把测试之后水存入热水储水箱，可以满足日常所需，而这种处理方式不仅相比于直接排掉节约用水，而且相比于循环使用节约能耗，主要在于循环使用的水也自然降温，或者强制冷却，增加了额外的能量消耗。另一方面，本方案采用新水补进的方式，可以保证水质的要求，满足测试的需要。

本方案提供满足国家标准的冷水温度是通过相对简单的制冷配合加热的方式予以保证的，结构紧凑，当然，考虑到管路热损和冬季防冻，在各管路上缠绕有电伴热带，外面再裹覆聚氨酯保温层，最外层使用铝扣板包裹；水箱也使用聚氨酯保温；裸露的管件及其它易散热部件使用软质橡塑保温材料包覆保温，可参见说明书附图6所示的对管路部分的保温措施，其他部分可以参考现有的保温措施，这里主要涉及的是循环控制部分，保温措施不再过多述及。

此外，本方案采用了在进水管和出水管间连接循环管路的手段，不仅可以用于混水用，还可以外接其他管路，以扩展应用。

对于温度则采用两级控制的方式，首先，在冷水储水箱控制温度的精度较低，然后到进入太阳能水箱前的二级控制精度较高两级控制方式更容易满足所需温度的控制，不容易受到外界的影响。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的阐述，使本领域的技术人员更好的理解本发明，其中：

图1为依据本发明技术方案的一种阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统的结构原理图。

图2为太阳能水箱的配置结构示意图。

图3为支架的结构示意图。

图4为立柱与转轴的配合结构示意图。

图5为支撑杆的结构示意图。

图6为管路防冻保温示意图。

图中：1、太阳能水箱，2、热利用管，3、热水储水箱，4、太阳能集热器，5、支架，6、给水管，7、流量计，8、二级温度调节器，9、给水泵，10、电加热器，11、冷水温度传感器，12、冷水储水箱，13、制冷机组，14、数据采集仪，15、环温度传感器，16、辐照表，17、风速仪，18、控制器，19、出水管，20、旁路，21、第二温度传感器，22、第一电磁阀，23、第二电磁阀，24、送水管路，25、循环泵，26、第三电磁阀，27、回水管路，28、第四电磁阀，29、球阀，30、循环管路，31、第一温度传感器，32、进水管，33、圆管，34、立柱，35、槽框，36、支撑杆，37、钩部，38、挡杆，39、横撑，40、底座，41、竖杆，42、水箱挂钩，43、横杆，44、连接板，45、U型槽，46、轴环，47、销轴，48、固定螺丝，49、可伸缩杆，50、内螺丝孔，51、铝扣板外壳，52、聚氨酯，53、电伴热带，54、管路。

具体实施方式

参照说明书附图1至3所示的阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统，包括：

配置管路，包括用于连接太阳能水箱1之进水管32和出水管19的循环管路30，该循环管路配有电磁阀及循环泵25；

第一温度检测装置，用于检测所述进水管和出水管所流通工质的温度；

额定温度给水装置，包括配有加热装置、制冷装置以及第二温度检测装置并连接水源的冷水储水箱12、连接于该冷水储水箱到所述进水管的给水管6，以及安装在该给水管道上的给水泵9和流量检测装置；

热水储水箱3，经带有电磁阀的送水管道连接于所述出水管；

控制器18，连接有所述加热装置、制冷装置及第二温度检测装置，以根据第二温度检测装置的检测值调整加热装置和制冷装置的状态使冷水储水箱的温度在预定的范围内；且该控制器还连接有上述各电磁阀及循环泵和给水泵，以及第一温度检测装置以完成上水、混水和排水控制；

数据采集模块，进行该检测系统所在环境参数的采集，以及所述流量检测装置的检测数据和所述第一温度检测装置的检测数据；以及

支架5，包括底座40和安装在该底座上的用于安装太阳能水箱的第一竖架和用于安装太阳能集热器的第二竖架，且在安装状态下，太阳能水箱高度高于太阳能集热器的高度。

对于数据采集模块可以采用独立设置的一个采集设备，比如独立的数据采集仪14，该数据采集仪连接有环温度传感器15、辐照表16及风速仪17以获取所述环境参数，且连接有所述第一温度检测装置和所述流量检测装置，所得数据可以根据预置的程序进行处理，也可以存储这些数据，以备分析计算。数据采集模块还可以集成于所述控制器，或者与所述控制器一起构建一个智能系统，比如直接使用通用计算机，再配置一些卡件和采集终端。

关于额定温度给水装置，主要是送出一定温度范围内的水，通过制冷装置和加热装置的双重作用，是很容易调节的。加热可以采用常规的加热器，比如电加热器10，甚至是热水锅炉系统，也可以外接热交换器，当然，电加热装置和热交换器更容易控制。至于制冷装置最好采用制冷机组13，容易控制，也可以预留接口，外接制冷系统或者热交换设备。

本方案倾向于把实验后的工质送到图1所示的热水储水箱，便于热利用，比如生活用水。当然，有些情况下还是可以循环使用工质的，因此，本系统还包括从所述循环管路接出的带有控制阀的回水管路27，该回水管路连接到所述冷水储水箱，使用则打开所说的控制阀，不适用则关闭，不是首要的选择，有些情况下可以优选之，比如冷水储水箱温度过低，可以采用温度较高的回水予以加热。此外，热水水箱可以连接固定的用水设施，也可以预留如图1最右端所示的热利用管，便于连接外部的热利用设备或者生活设施。

图1中所示的冷水储水箱及配属的温度调节用的装置可以定义为一级温度调节装置，此处调整出一定温度范围的冷水，可以直接给太阳能水箱用，不过为了保证给水温度的稳定性，所述给水管6还设有二级温度调节器，该二级温度调节器位于所述给水泵的下一级，经过多级调节很容易控制给水温度。当然，关于二级温度调节器可以参考所说的第一级温度调节装置的配置方式，也可以使用已有成熟的温度调节装置。

对于支架原则上要求不是很高，只要满足模拟实际使用状态就可以了，基于这一构思，本领域的技术人员可以选择具有两个竖架的结构，至于说底座，只要满足稳定性就足够。当然，似乎只需要一个支架也可以满足要求，但本方案中太阳能水箱要配属大量管路和检测元器件，走管通常要占据较大的空间，且还需要较大的操作空间，因此，本方案的结构更有利于实际的操作。优选地，参考说明书附图3，所述第二竖架包括：

两立柱34，安装于所述底座上；

一转轴，水平地支撑于所述两立柱上并与立柱转动配合；

一摆架，连接于所述转轴形成摆动副，且该摆架作为太阳能集热器的载体；以及

支撑杆36，以所述底座为基础并支撑在所述摆架的底部，以调整摆架与竖直方向的角度。

采用上述结构的第二竖架具有接好的调节性能，便于太阳能集热器的位置调整和安装。

关于所述立柱与转轴的配合方式，可以采用普通的轴孔配合方式，这种结构在机械中比较常见，在此不再赘述。对于所说的转轴可以直接选用圆柱形型材，自身形成一个如图3所示的圆管33，便于安装结构的配置，也可以选用其他型材结构，在两端配置轴头。

优选地，所述立柱的上端部为一U型槽45，相应地，在所述转轴两端具有配合U型槽底部的柱面，便于安装和调试，结构也很简单，制造成本低。

进一步地，所述转轴的端面设有直径大于U型槽宽度的轴环46，在使用中可以形成建议的限位，结构简单，易于加工。

由于本方案采用的是模拟太阳能集热器的安装结构，而太阳能集热器的安装结构通常是固定的，因此，所说的支撑杆可以采用固定结构的支撑杆，只要使所述摆架处于合适的角度即可，对支撑杆的结构要求不严格。当然，检测系统有它的用途，比如测定太阳能集热器在不同太阳光入射角度下的集热性能，那么优选地，如图5所示，所述支撑杆为伸缩杆，且其底部转轴安装于所述底座上。伸缩杆有多种形式，为了便于使用，采用转椅上用的气弹簧也是一种很好的选择，简易的结构则是采用螺纹副，更简单的则可以采用固定拴配合一组螺纹孔，可伸缩杆50探出一定长度后，锁定其位置。

为了便于安装，所述摆架的下部带有支撑太阳能集热器的钩部37。

一个依据上述阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统的检测方法，其包括以下步骤：

a)根据待检测太阳能热水器的安装状态结构把太阳能集热器4及太阳能水箱1安装于支架5上，并连接好所述检测系统，进而进行水密性测试，若不满足要求则进行检测直至满足要求，若满足要求，则进入下一步；

b)调整冷水储水箱12内的水温至20±1℃，得试验用冷水；

c)启动给水泵9将所述实验用冷水送入所述太阳能水箱1直至达到额定水量，并保证进入太阳能水箱的水温在20±0.2℃；

对于采用两级温度调整装置的系统，可以在第二级调整水温达到规范所要求的20±0.2℃，比单一更有效，也更有利于后续的处理。

d)混水：关闭给水管6和连接到热水储水箱3的管路，启动循环泵25并获取第一温度检测装置检测的温度值，若检测温度在连续5分钟内变化小于0.2℃时，停止混水，并记录当前的太阳能水箱内的水温值；

e)集热：关闭出水管19和进水管32，使待检测的阳台壁挂式太阳能热水器集热预定的时间；

f)排水：关闭循环管路，并开启出水管和进水管，以及连接到热水储水箱的管路；然后启动给水泵向太阳能水箱内给水，以把加热后的热水排出，数据采集模块每5s钟记录一次进水管的温度T1和出水管的温度T2，以及给水量，直至T2连续5分钟的温度变化小于0.2℃时结束排水；

g)把所得数据存储以备计算。

单纯的从实现角度来讲，对本方案所示的检测系统的上述描述，结合现有技术，很容易就能够实现所说的方法。

Claims (10)

1.一种阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统，其特征在于其包括：

配置管路，包括用于连接太阳能水箱(1)之进水管(32)和出水管(19)的循环管路(30)，该循环管路配有电磁阀及循环泵(25)；

第一温度检测装置，用于检测所述进水管和出水管所流通工质的温度；

额定温度给水装置，包括配有加热装置、制冷装置以及第二温度检测装置并连接水源的冷水储水箱(12)、连接于该冷水储水箱到所述进水管的给水管(6)，以及安装在该给水管道上的给水泵(9)和流量检测装置；

热水储水箱(3)，经带有电磁阀的送水管道连接于所述出水管；

控制器(18)，连接有所述加热装置、制冷装置及第二温度检测装置，以根据第二温度检测装置的检测值调整加热装置和制冷装置的状态使冷水储水箱的温度在预定的范围内；且该控制器还连接有上述各电磁阀及循环泵和给水泵，以及第一温度检测装置以完成上水、混水和排水控制；

数据采集模块，进行该检测系统所在环境参数的采集，以及所述流量检测装置的检测数据和所述第一温度检测装置的检测数据；以及

支架(5)，包括底座(40)和安装在该底座上的用于安装太阳能水箱的第一竖架和用于安装太阳能集热器的第二竖架，且在安装状态下，太阳能水箱高度高于太阳能集热器的高度。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：还包括从所述循环管路接出的带有控制阀的回水管路(27)，该回水管路连接到所述冷水储水箱。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述给水管(6)还设有二级温度调节器，该二级温度调节器位于所述给水泵的下一级。

4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述数据检测模块为独立的数据采集仪(14)，该数据采集仪连接有环境温度传感器(15)、辐照表(16)及风速仪(17)以获取所述环境参数，且连接有所述第一温度检测装置和所述流量检测装置。

5.根据权利要求1至4任一所述的检测系统，其特征在于：所述第二竖架包括：

两立柱(34)，安装于所述底座上；

一转轴，水平地支撑于所述两立柱上并与立柱转动配合；

一摆架，连接于所述转轴形成摆动副，且该摆架作为太阳能集热器的载体；以及

支撑杆(36)，以所述底座为基础并支撑在所述摆架的底部，以调整摆架与竖直方向的角度。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于：所述立柱的上端部为一U型槽(45)，相应地，在所述转轴两端具有配合U型槽底部的柱面。

7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于：所述转轴的端面设有直径大于U型槽宽度的轴环(46)。

8.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于：所述支撑杆为伸缩杆，且其底部转轴安装于所述底座上。

9.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于：所述摆架的下部带有支撑太阳能集热器的钩部(37)。

10.一种依据权利要求1所述阳台壁挂式太阳能热水器热性能检测系统的检测方法，其特征在于其包括以下步骤：

a)根据待检测太阳能热水器的安装状态结构把太阳能集热器(4)及太阳能水箱(1)安装于支架(5)上，并连接好所述检测系统，进而进行水密性测试，若不满足要求则进行检测直至满足要求，若满足要求，则进入下一步；

b)调整冷水储水箱(12)内的水温至20±1℃，得试验用冷水；

c)启动给水泵(9)将所述实验用冷水送入所述太阳能水箱(1)直至达到额定水量，并保证进入太阳能水箱的水温在20±0.2℃；

d)混水：关闭给水管(6)和连接到热水储水箱(3)的管路，启动循环泵(25)并获取第一温度检测装置检测的温度值，若检测温度在连续5分钟内变化小于0.2℃时，停止混水，并记录当前的太阳能水箱内的水温值；

e)集热：关闭出水管(19)和进水管(32)，使待检测的阳台壁挂式太阳能热水器集热预定的时间；

f)排水：关闭循环管路，并开启出水管和进水管，以及连接到热水储水箱的管路；然后启动给水泵向太阳能水箱内给水，以把加热后的热水排出，数据采集模块每5s钟记录一次进水管的温度T1和出水管的温度T2，以及给水量，直至T2连续5分钟的温度变化小于0.2℃时结束排水；

g)把所得数据存储以备计算。

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