太陽(yáng)能熱水器發(fā)展前景及其儲(chǔ)能技術(shù)探索

據(jù)計(jì)算，在沙漠地區(qū)平均每平方公里每年接收的太陽(yáng)能約為2×10\+9千瓦時(shí)，以一塊300公里長(zhǎng)，200公里寬的面積（相當(dāng)二分之一福建省面積）接收的太陽(yáng)能就可滿足目前世界總的能量需求，因此太陽(yáng)能相當(dāng)巨大，可以說(shuō)是取之不盡而且還是無(wú)污染的新能源。

太陽(yáng)能熱水器開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展前景　　我國(guó)太陽(yáng)能熱水器開(kāi)發(fā)利用始于二十世紀(jì)五、六十年代的悶曬式，到了七、八十年代發(fā)展為平板式及直管式。目前已開(kāi)發(fā)的第三代是真空管式太陽(yáng)能集熱水器，經(jīng)過(guò)“七五”期間的科技攻關(guān)，清華大學(xué)在國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出具有世界先進(jìn)水平的兩種真空管式太陽(yáng)能集熱器：即全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器和熱管式真空集熱器，它運(yùn)用優(yōu)良的陽(yáng)光選擇性吸收膜層及高真空保溫技術(shù)，具有單向?qū)嵝阅芗选⒎€(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)不斷更新改造，其防凍、防冰雹及保溫性能都得到進(jìn)一步改善。

另外為了解決陰雨天不能使用太陽(yáng)能的難題，上述產(chǎn)品還配套管狀電加熱輔助裝置及相應(yīng)的水位、加熱自動(dòng)控制系統(tǒng)等，具有一定的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。上述產(chǎn)品近幾年已在全國(guó)各地推廣應(yīng)用，并已進(jìn)軍國(guó)外市場(chǎng)。但是它的市場(chǎng)占有率與電熱水器及液化氣熱水器相比還有相當(dāng)大的差距，特別是在多雨地區(qū)差距更大。筆者認(rèn)為它之所以尚不被人們所普遍接受，主要有以下幾個(gè)方面：　　1、雖然太陽(yáng)能熱水器的價(jià)格經(jīng)過(guò)多次下調(diào)，但目前的價(jià)格（2500～3600元/　臺(tái)）還是比電熱水器及液化氣熱水器高出數(shù)倍；　　2、雖然采用電加熱輔助裝置可以解決陰雨天的難題，但長(zhǎng)期的陰雨季節(jié)其耗電量也是難以承受的?！　?、由于太陽(yáng)能熱水器的安裝與房屋不配套，安裝時(shí)穿墻打洞，管線亂拉，特別是當(dāng)一幢樓房不是全部而是部分使用太陽(yáng)能熱水器條件下，屋頂更顯得不夠整齊，嚴(yán)重影響住房的外觀及城市的市容、市貌，給政府有關(guān)部門(mén)管理帶來(lái)難題。

太陽(yáng)能熱水器儲(chǔ)能技術(shù)設(shè)想　　太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)水能力與太陽(yáng)照射強(qiáng)度、連續(xù)日照時(shí)間及背景氣溫等密切相關(guān)。我們從太陽(yáng)光照日夜交替、季節(jié)變化等特點(diǎn)可看出：在夏季太陽(yáng)照射的強(qiáng)度最大，連續(xù)日照時(shí)間最長(zhǎng)，背景氣溫也最高；而在冬季則相反，強(qiáng)度最小，連續(xù)日照時(shí)間最短，背景氣溫也最低。粗略計(jì)算冬夏產(chǎn)水能力相差約4～6倍?！　∪欢藗冏钚枰罅渴褂脽崴募竟?jié)正好又在太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)水能力最小的冬季，而太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)水效率最高的夏季，人們不僅少用熱水而且多用冷水，這種大的反差也正是太陽(yáng)能熱水器不被大部分人所接受的原因之一?！　♂槍?duì)上述，如果能把太陽(yáng)能夏季生產(chǎn)的熱水保溫儲(chǔ)存下來(lái)留在冬季及陰雨季節(jié)使用，這就不僅可以發(fā)揮太陽(yáng)能熱水器的最佳功能，而且還可以把它昂貴的價(jià)格大大降低（由于它增大了夏季單臺(tái)產(chǎn)水能力并取消了電加熱輔助裝置），就能為大部分中低收入水平的住戶所接受。

在目前技術(shù)條件下，最佳的方案就是將夏季太陽(yáng)能加熱的熱水就地回灌儲(chǔ)存于地下含水巖層中，而且也只有地下含水巖層才有這么巨大的儲(chǔ)存空間能夠容納整個(gè)夏季所加溫的水量進(jìn)行調(diào)峰?！　￡P(guān)于回灌技術(shù)問(wèn)題，在目前來(lái)說(shuō)已不是什么重大的技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外在回灌技術(shù)方面已有很多成熟的經(jīng)驗(yàn)。如日本、法國(guó)、冰島等國(guó)為了防止地?zé)崴泻Τ煞值奈廴径鴪?zhí)行的地?zé)嵊酂崴毓?，上海市為了防止地面下降與解決夏季大量用冷水問(wèn)題而采用了“冬灌夏用制”福州地?zé)崽餅榱私鉀Q地?zé)崴康牟蛔悖ㄓ晒P者主持）而進(jìn)行了冷水深循環(huán)熱交換回灌試驗(yàn)等均取得不同的成果。

含水巖層的保溫與蓄熱機(jī)理　　巖石（或粘土層）是一種極不良的熱導(dǎo)體，它具有很小的熱導(dǎo)率。國(guó)外有人作過(guò)測(cè)定，熱傳遞通過(guò)厚僅10米的巖石大約需要三年時(shí)間，這就是為什么地下管道不凍結(jié)和為什么在地表有大的季節(jié)性的溫差變化而地下室?guī)缀醣３趾銣氐脑?。同理，地下水（井水）之所以相?duì)于外界氣溫呈夏涼冬曖，也是由于它深埋于地下含水巖層中，而且其上部有一層很厚的隔水隔熱巖層才能保持恒溫的道理。關(guān)于蓄熱問(wèn)題。蓄熱分低溫蓄熱和高溫蓄熱兩種，例如太陽(yáng)能曖房、干燥器、熱水等一般只需100℃以下的溫度，屬于低溫蓄熱，低溫蓄熱一般利用物質(zhì)的熱容量，如水、鹽水、砂石等的熱容量就比較大，這類(lèi)蓄熱材料消耗量大，但價(jià)廉。高溫蓄熱指溫度超過(guò)100℃以上，它主要利用物質(zhì)的相變熱，同時(shí)也利用物質(zhì)的熱容量。

太陽(yáng)能熱水器加溫——回灌儲(chǔ)能調(diào)峰利用模式　　由于采用回灌儲(chǔ)能，所以就必須打水井，而且一般是雙井結(jié)構(gòu)，即一口井專(zhuān)門(mén)抽水至太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行加溫，加溫后的熱水先經(jīng)用戶使用，若用戶不用或用不完則回流至另一口井灌入含水層內(nèi)，當(dāng)陰雨季節(jié)太陽(yáng)能熱水器無(wú)法工作時(shí)，又由回灌井將含水層中儲(chǔ)存的熱水抽上供給用戶。因此不可能一戶打兩口井，而是一個(gè)住宅小區(qū)或幾個(gè)住宅小區(qū)打兩口井，所以必須采用集中供熱方式。

另外，為了熱水能順利集中回灌入含水層內(nèi)而不被冷水流所分割造成水溫下降也不允許打密集型井，而要求統(tǒng)一規(guī)劃打?qū)??！　〈送?，也只有采用集中供熱方式并將熱水器也集中?幢或幾幢屋頂進(jìn)行統(tǒng)一布局安裝，這樣就不會(huì)影響外觀，而且也便于集中維修（因?yàn)槠骄粦魺崴髡嫉孛娣e僅1.5平方米左右，而一幢400～500平方米的屋頂就可安裝150～200套）。采用集中供熱后，由于不可能全體用戶在同一時(shí)刻用熱水，而且還有大容量的地下調(diào)峰熱水庫(kù)補(bǔ)充，所以安裝150～200套熱水器可作200～300套用，因此也相應(yīng)降低了投資成本。