簡介： 本文簡要地描述了平板式太陽能家用熱水器的基本工作過程，希望對加深太陽能熱水器的認識有所幫助。
關(guān)鍵字：太陽能熱水器  工作過程  

1．前言

    隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活的方式和質(zhì)量日益重視，家用太陽能熱水器的推廣和發(fā)展正面臨著巨大的機遇。近年來各個企業(yè)在產(chǎn)品的廣告宣傳和市場開拓方面作了不少工作，但是在技術(shù)創(chuàng)新方面投入?yún)s不多，多少有些不相稱，本文簡要地描述了平板式太陽能家用熱水器的基本工作過程，希望對加深太陽能熱水器的認識有所幫助。

2．吸熱過程

    太陽輻射I透過玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內(nèi)的水，如圖1、圖2所示。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上的動力，構(gòu)成一個熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時通過下循環(huán)管不斷補充溫度較低的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度，如圖3、圖4所示（氣象條件：多云轉(zhuǎn)晴） 。

    現(xiàn)有的平板式集熱器，基本上都采用結(jié)合良好的多管組合方式，如滾壓或壓延方法等，其中走水管子與吸熱板之間的熱阻幾乎可以忽略。影響平板式集熱器板芯性能的主要因素，一是結(jié)構(gòu)設(shè)計，二是表面吸收涂層。設(shè)計良好的集熱器的板芯肋片效率應(yīng)該在93%以上。集熱器的板芯肋片效率與板芯結(jié)構(gòu)、表面處理以及集熱器整體結(jié)構(gòu)有關(guān)。集熱器整體結(jié)構(gòu)的影響可以用總傳熱系數(shù)來描述，其影響程度與自身的幾何尺寸（肋片厚度、材質(zhì)）是一樣。也就是說，在同等效率的情況下，集熱器熱損小時板芯可以薄一些。選擇性吸收表面可以提高集熱效率，但是市面上這類產(chǎn)品為了提高經(jīng)濟效益，往往肋片較薄。用于熱水器場合時，這類產(chǎn)品的實際集熱效果與選擇性差一些（甚至沒有選擇性）但肋片厚一些的集熱器不會有太大的區(qū)別。

圖4 家用熱水器吸熱過程水箱內(nèi)部溫度

3．水循環(huán)管路

    家用太陽能熱水器通常按自然循環(huán)方式工作，沒有外在的動力，設(shè)計良好的系統(tǒng)只要有5~6℃以上的溫差就可以循環(huán)很好。水循環(huán)管路管徑及管路分布的合理性直接影響到集熱器的熱交換效率。

    多數(shù)情況下，自然循環(huán)家用熱水器系統(tǒng)管路中的流態(tài)都可以視為層流。

    集熱器內(nèi)管路系統(tǒng)的阻力主要來自沿程阻力，局部阻力的影響要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。當(dāng)水溫升高后，由于運動粘度減小，沿程阻力變小，局部阻力的影響變大。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)主管管徑不變時，加大支管管徑，不僅沿程阻力迅速減小，而且局部阻力也將跟著減小。一般地，支管的水力半徑應(yīng)在10mm以上。當(dāng)主管管徑達到一定值以后，增加主管管徑對減小系統(tǒng)阻力意義不大。

4．頂水式使用過程

    家用太陽能熱水器的用水方式分為落水式和頂水式。落水使用方式不受自來水供水影響，其缺點是使用過程中水溫先低后高，掌握不好的話容易造成突然缺水的尷尬。頂水方式則是水溫先高后低，容易掌握，使用者容易適應(yīng)，但是要求自來水保持供水能力。在自來水有保證的情況下，推薦使用頂水方式。

    家用太陽能熱水器設(shè)計成頂水方式時，必須對水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，以保證出水均勻，避免形成水路“短路”或死角。使用管路最好設(shè)計成可以轉(zhuǎn)換成落水式的連接方式，在自來水壓力不足或停水時應(yīng)急用。圖6是廣州科凌新技術(shù)有限公司2平方太陽能家用熱水器頂水使用過程中水箱內(nèi)部溫度分布情況，在整個頂水過程中，水箱兩側(cè)溫度走勢是相當(dāng)一致的，表明水箱內(nèi)部出水均勻。