全自动排空“一键热水”智能控制新系统 深度推进太阳热水器领域再节能 湖北顶奥特种节能磁阀科技有限公司朱华
摘要：顶奥节能科技公司以“完全、自然省去保证太阳能热水器冻季好用的管道防冻电热带、恒温泵等材料电耗，省放管中冷水等必耗成本，推进和实现热水器使用中再节能”为研究重点。通过改进通用上水电磁阀为上水/排空双路电磁阀，并通过仪表智能控制，彻底解决了热水器供水源头冬季冻堵的难题。实现了全自动排空管道“无水不冻”减耗节能目标，为民用屋顶太阳能热水器“一键热水”性能升级、普及提供了坚实支持和可靠保障。 对符合国家标准《家用太阳能热水系统控制器》(GB/T238882009)的主机结构进行改进后，增加了全自动排空管道控制功能，使热水器未用时管道自然空载无水状态，省放冷水，真正实现即开即出水箱热水目标。改进后的顶奥R家用太阳能热水系统控制器用主机“热水”键作热水开关，使“一键热水”从概念宣传真正成为用户的热水便利，大大减少热水器领域现阶段保证冻季正常使用中必须加装电热带材耗和管道保温电耗，有效实现了太阳热水器使用中的再节能。 一、太阳能热水器领域再节能潜力巨大。完全省去现阶段保证热水器冻季好用的管道防冻堵电热带、恒温循环泵等材耗、电耗，省去每次用热水前必须放冷水等形成的浪费，就是实现太阳热水器使用中再节水、节能降耗的效益。这也是湖北顶奥节能科技一直以来专注研究、探索解决的重点课题，并取得了突破性成功。从产业联盟协会公布的2012年数据来看，太阳能热水系统的年产量6390万平方米，市场保有量达到25770万平米，折合单台热水器约7950万套（平均单台按1.8×1.8平方米计算）。这么庞大的太阳热水器保有量市场，每年为国家和用户节省了生产、使用热水的电能、天然气资源数千亿元，节能效益十分突出。但保证热水器好用，特别是冻季好用的累计耗费也惊人，减少热水器使用中的耗费，实现再节能潜力巨大。 现阶段保证热水器正常使用、好用必须耗费成本偏高。据测算，城市七层楼高用户每次用热水前须放掉的冷水均量约为5L。节水意识强的用户留作冲洗用，有的则白白放掉了；东北、西北冻区单台用户冬季年防冻电费约为240元/年，还不包括电热带、恒温泵、管路护材等的耗费。全国冬季冻区热水器用户首次耗用防冻材料、每年耗费保温电费、每次用热水前浪费或未合理利用冷水等的资源价值累计数百亿元。所有新旧民用屋顶太阳能热水器用户升级配用全自动排空管道“一键热水”智能控制系统，可以实现四季全天候随时好用，现阶段使用中必须耗用的资源可以完全节省下来，大大降低热水器使用成本，实现热水器领域的再节能。 二、全自动排空管道“一键热水”智能控制器诞生背景。为实现太阳热水器随时好用，特别是冻季即开即出水箱热水，自动排空管路无水空载是相对经济、可行的办法。实现低成本自动排空管道“一键热水”目标，行业人经历了长期的探索。由于排空阀问世之初，排空技术尚未完全成熟，排空阀产品在结构、质量、使用寿命等方面没有得到更好优化，仓促面市，使用中问题频发，导致了整机企业、经销商、用户产生了不信任，认为排空技术不可行、排空阀质量不可靠，甚至产生了抵制心理。这也直接导致了理念超前的排空技术及新产品长期没有新的突破。企业、用户只能选用成本偏高的管道保温、恒温泵循环等技术产品，不得不多耗费、浪费保温材料、保温电费成为用户的无奈选择和负担。资源是有限的，通过努力，浪费是可以避免铁。自觉践行“资源节约型社会”应该成为广大企业、用户勇于承担的社会责任。 现阶段热水器未使用时，管道积水是客观存在的。水箱热水的温度在良好集热器性能和光电互补条件下已经得到充分保障。达到“一键热水”效果前提之一是：要么管中积水一直是热的，目前借助恒温循环泵已经实现，但使用成本高；要么管道无水空载，才能即开即出水箱热水。要实现管道空载无水，就必须使管道中客观存在的积水，要么向下找到出口放出而空，要么借助外力向上顶入水箱而空。相比之下，为管中积水向下找一个出口排空是相对经济可行的办法。顶奥全自动排空管道“一键热水”智能控制系统，就是为管中积水在热水器现行通用上水电磁阀体上增加一个常开排空出口，并由仪表自动控制，实现水箱热水随时一键即出。 三、顶奥全自动排空“一键热水”智能控制器(以下简称顶奥智能控制仪)的特别功能。顶奥智能控制仪除具备目前常用太阳能热水系统控制仪表“水位上水”、“温控上水”、“自动加热”等基本功能外，增加了全自动排空管道、“一键热水”控制功能，即：一是启动上冷水并达到设定水位自动停止上水后，控制仪自动打开上水/排空双路磁阀排空口，管中积水自动排出而空管。二是热水一键操作，使用热水，只需按下控制仪“热水”键，水箱进出水口的磁阀打开，水箱热水片刻即出。停用热水，再按一下“热水”关闭磁阀，水箱热水被截止不再放出，双路磁阀排空口自动打开排空管道。用户只是在使用/停用热水时按一下“热水”键，无须其他任何操作。真正的“一键热水”惬意享受。 顶奥智能控制仪还特别另外具备：(1)延时保护功能：即用户如果每次使用热水时间超过1小时，或者忘记断开“热水”键超过1小时则自动关闭水箱口的排空磁阀，延长使用寿命；(2)停电自然排空功能，停电时手动上水(手动关闭双路磁阀排空口)结束后，手动打开室内任一用热水口，或手动打开双路磁阀排空口排空管道，实现了排空管道手动与全自动的互补；(3)自动/手动开闭自由转换。双路磁阀排空口带有封盖，也能接一带开关的软管至水桶（避免排水浪费），用户可根据需要启用与否自动排空管道功能。(4)防止热水器供水源头冻堵。双路磁阀上水端滤网口可接一带开关的软管，冻季打开软管开关，使供水源头保持滴水流动而不冻堵。彻底解决北方冻季用户热水器供水源头冻堵的瓶颈难题。 四、顶奥智能控制仪组成：“一键热水”借助管道自动排空而实现。就是为管道积水在上利用通气铜管连通水箱内顶部空气、向下在顶奥双路磁阀上开辟了一个排空口，在自身重力、自然落差、空气压力差等自然规律作用下，管道积水从双路磁阀排空口放出而空管。 顶奥智能控制仪主要由安装在水箱进出水口，带通气铜管的顶奥排空阀（ZL2007201259273）、安装于室内合适位置的顶奥上水/排空双路磁阀（ZL2013203200477）、仪表主机等三部分组成，其他配件与通用控制仪表配置完成相同。与目前常用控制仪表相比：一是控制功能比，在主机接线板上多了一组DC12V和一组AC220V线柱。面板显示为：上水、热水、增压、电加热、设置。能全面适用不同地区不同用户的需要，避免了常用控制仪表增压功能与保温功能不能同时启用的限制；二是组成部件比，只是多了一个控制水箱进出口水路开闭的带通气铜管排空电磁阀，而上水/排空双路磁阀是由热水器通用上水电磁阀创新改进而成，只是在阀体上增加了一个电磁常开排空口，其他配件完全与常用控制仪配件完全相同。 五、顶奥智能控制仪主机接线指示图如下。

六、顶奥全自动排空“一键热水”智能控制器系统安装连接示意图如下：

七、顶奥智能控制仪升级新旧真空管热水器性能及再节能体现 1、性能升级体现在：能够通用于安装在屋顶新旧真空管太阳能热水器。即装即升级，无需要对热水器作任何改造，安装方便、使用简单。自然新增热水器下列性能：一是节水，用热水前无须再先放冷水，即开即出水箱热水；二是不冻，热水器处于未用状态时管道空载无水不冻。双路磁阀上水端滤网口接软管滴水，彻底解决北方冻季用户热水器供水源头冻堵难题；三是降耗，省去冻区用户管道防冻用电伴热带等保温材料及保温电费等成本，大大节省防冻安装工时；四是安装使用简便，直接安装于水箱出水口和输水管之间。每次使用/停用热水时只需按一下主机“热水”键即可，无须其他再操作。配套排空阀产品型试检验达到国家相关标准，经济实用好用，使用寿命大于10万次。 2、再节能效益体现在：一是对老旧热水器性能升级后的节能效益。据测算，每年可为高寒冻区单台用户节省防冻电费240余元，省去用户管道初装保温电热带、恒温循环泵、减少管路护材等材料成本和人工安装成本380余元，节省每次用热水前的冷水效益还未计算其中。与传统控制仪全套成本比，仅增加了一个排空阀及通气铜管成本，上水/排空双路磁阀是在热水器通用上水电磁阀基础上创新改进而成，合计一次性初装成本仅增加不足200元，大大低于目前单台热水器常用管道防冻的一次性初装材耗、工耗和1年电耗成本合计。随着全自动排空管道“一键热水”性能的全面采用，将进一步提高太阳能热水器在城乡家庭的普及程度，节能效益、节省效益将更加突出。 3、顶奥“一键热水”智能控制仪创新历程。是在顶奥自然排空很好（ZL2007201259273）磁阀技术产品基础上创新升级而成。顶奥排空阀诞生之初，2007年济南第一届太阳能大会期间，借会间参观力诺瑞特总部的交流机会，力诺瑞特技术总监任勇、工程师胡卫清对顶奥排空阀产品独特结构十分满意，其后进行了不断性能测试，并提出了宝贵改进意见。顶奥自身也不断进行着结构优化和性能升级。2010年4月29日，顶奥自然排空阀通过了国家太阳能热水器产品质量监督检验中心（武汉）的检验。检验时节，顶奥是国内唯一送检的专用于解决太阳能热水器管路冻堵的排空阀配件产品。检验中心总工程师张晓黎对顶奥排空阀的独特结构、性能、逆传统解决冻堵问题的方法等给予了高度肯定。检验合格后，顶奥排空阀通过北京天普采购部、河北三环市场部得到试用实用，手动排空管道的实用效果比较理想。天普冯立伟对顶奥排空结构、性能满意基础上，提出了“冻区用户上水结束后，万一未及时排空或者忘记手动排空，导致管道冻住怎么办”等现实问题后，“万一”存在的难题一度让顶奥自动排空管道智能控制的研发进程停滞。2013年6月9日，“自动排空太阳能热水器管道双路电磁阀”正式获得国家很好局受理（很好申请号2013203200477）。顶奥上水/排空双路电磁阀产品终于实现了与太阳能热水器系统控制器的联动智能控制，实现了上冷水、用热水时，双路阀体排空口自动关闭，热水器呈现未用状态双路阀体排空口自然常开，自动排空管道功能。9月，顶奥双路磁阀上水端滤网口改进为可接软管滴水，防热水器供水源头冻堵。至此，顶奥控制系统彻底解决了太阳能热水器领域管路冻堵的瓶颈问题。 结论：通过改进太阳能热水系统控制器主机结构和功能创新，低成本实现了家用真空管屋顶热水器管道全自动排空和“一键热水”目标，解决了热水器供水源头冬季冻堵瓶颈问题。能为用户节约费用，为国家节约水电资源。这项技术产品普及推广使用，能充分挖掘太阳能热水器领域的巨大节能潜力，实现用户看得见摸得着的显现节能效益，有助于促进太阳能热水器性能大提升，促进产业大升级，推动太阳能热水器大普及。