[科普中国]-太阳能自然循环热水系统

介绍

自然循环太阳能热水系统是依靠集热器和储水箱中的温差，形成系统的热虹吸压头，使水在系统中循环；与此同时，将集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。

系统运行过程中，集热器内的水受太阳能辐射能加热，温度升高，密度降低，加热后的水在集热器内逐步上升，从集热器的上循环管进入储水箱的上部；与此同时，储水箱底部的冷水由下循环管流入集热器的底部；这样经过一段时间后，储水箱中的水形成明显的温度分层，上层水首先达到可使用的温度，直至整个储水箱的水都可以使用。

用热水时，有两种取热水的方法。一种是有补水箱，由补水箱向储水箱底部补充冷水，将储水箱上层热水顶出使用，其水位由补水箱内的浮球阀控制，有时称这种方法为顶水法；另一种是无补水箱，热水依靠本身重力从储水箱底部落下使用，有时称这种方法为落水法。

自然循环的工作原理自然循环太阳能热水系统的工作原理见下图，在安装时储水箱底部应高于集热器顶的热水出口（0.3至0.5米），集热器在阳光照射下内部的水温升高，热水密度低就从集热器出水口上升，通过上循环管到储水箱上部，而储水箱下部的冷水则通过下循环管进入集热器入水口，通过反复循环水箱的水就被加热了。由于水的循环是靠密度不同而自然形成的故称之为自然循环热水系统。

由于自然循环的动力较弱，故水箱应尽量靠近集热器，连接管道不能太细还要减少弯头。水箱的容积与集热器的面积大致关系为：水箱容积为100升时集热器面积为1.2至2平方米，该关系也适合其他系统。

系统构成下图是一套实际应用的自然循环热水系统组成与工作原理图，图中标出了用水部分，例如淋浴的花洒、洗手盆，还有水箱水温检测与辅助加热系统。自来水从水箱下部输入、热水从水箱上部输出，用户可转动用水龙头调节出水温度。水箱内有辅助热源与温度检测装置，当阳光不足或热水用量过多时，水温不够便启动电加热器提高水温，由控制器来完成。

这是一套承压式热水系统，就是水箱与自来水直接连通，优点是可输出有压力的热水，即使用水处比水箱高也会出水。承压式热水系统的水箱要能承受自来水的压力，集热器也要能承受自来水的压力，故不可使用全玻璃真空管集热器。1

自然循环定温放水系统
当水箱上部水温升高到预定界限时，置于水箱的电接点温度计发出讯号，通过继电器打开出水管上的电磁阀，将热水存于储水箱内。同时循环水箱内有冷水补入，当水温低于规定界限时，电磁阀关闭。这样周而复始地向储水箱中输送恒定温度的热水供使用。

该系统的优点是,位于集热器上部的热水箱只具有循环的功能，而让安放在较低位置的储水箱去储存热水。这样，容易使水温提高到所要求的温度，因而能充分利用日照较强阶段的太阳辐射来增加热水产量，这样就意味着提高了系统的热效率。缺点是，系统中增加了电磁阀,工作可靠性不如自然循环，而且还增加了一个循环水箱，增加了投资成本。2