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。
關鍵字：太陽能熱水器  工作過程  

1．前言

    隨著經濟的發展，人們對生活的方式和質量日益重視，家用太陽能熱水器的推廣和發展正面臨著巨大的機遇。近年來各個企業在產品的廣告宣傳和市場開拓方面作了不少工作，但是在技術創新方面投入卻不多，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的水，如圖1、圖2所示。吸熱管內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，構成一個熱虹吸系統。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時通過下循環管不斷補充溫度較低的水，如此循環往復，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：多云轉晴） 。

    現有的平板式集熱器，基本上都采用結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，一是結構設計，二是表面吸收涂層。設計良好的集熱器的板芯肋片效率應該在93%以上。集熱器的板芯肋片效率與板芯結構、表面處理以及集熱器整體結構有關。集熱器整體結構的影響可以用總傳熱系數來描述，其影響程度與自身的幾何尺寸（肋片厚度、材質）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，但是市面上這類產品為了提高經濟效益，往往肋片較薄。用于熱水器場合時，這類產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別。

圖4 家用熱水器吸熱過程水箱內部溫度

3．水循環管路

    家用太陽能熱水器通常按自然循環方式工作，沒有外在的動力，設計良好的系統只要有5~6℃以上的溫差就可以循環很好。水循環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。

    多數情況下，自然循環家用熱水器系統管路中的流態都可以視為層流。

    集熱器內管路系統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，當主管管徑不變時，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，支管的水力半徑應在10mm以上。當主管管徑達到一定值以后，增加主管管徑對減小系統阻力意義不大。

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，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計成頂水方式時，必須對水箱內部結構進行合理的設計，以保證出水均勻，避免形成水路“短路”或死角。使用管路最好設計成可以轉換成落水式的連接方式，在自來水壓力不足或停水時應急用。圖6是廣州科凌新技術有限公司2平方太陽能家用熱水器頂水使用過程中水箱內部溫度分布情況，在整個頂水過程中，水箱兩側溫度走勢是相當一致的，表明水箱內部出水均勻。