【學(xué)員問題】太陽能熱水器水箱保溫新技術(shù)應(yīng)用？

　　【解答】真空管式太陽熱水器自誕生以來，側(cè)溢水管的保溫工作常被忽視。現(xiàn)常規(guī)的做法是在側(cè)溢水管上接一個(gè)三通，形成一個(gè)上行通道和一個(gè)下行通道，下行通道接回水管，當(dāng)水箱加滿水后，一部分溢出的水可順著下行通道流回室內(nèi)，其他部分通過上行通道溢出。不溢水時(shí)，水箱內(nèi)外空間直接連通，當(dāng)水箱內(nèi)部溫度高于外部溫度時(shí)，側(cè)溢水管的上行通道為冷熱空氣對(duì)流創(chuàng)造了條件，這種對(duì)流現(xiàn)象隨著溫差的加大而加強(qiáng)，我們在冬季常能看到側(cè)溢水管冒熱氣就是這種冷熱空氣對(duì)流現(xiàn)象。在嚴(yán)寒地區(qū)，熱氣流上升遇冷后，水汽會(huì)凝結(jié)成冰封堵管道，使水箱無法進(jìn)氣排氣，危及熱水器的使用安全。

　　側(cè)溢水管連接著一個(gè)三通，不易實(shí)施包裹保溫措施，現(xiàn)投入使用的太陽熱水器，溢水管多數(shù)直接暴露在空氣中。由于溢水管與水箱內(nèi)膽焊接在一起，溫度會(huì)通過溢水管傳導(dǎo)出去，擴(kuò)散到外部大氣中。

　　對(duì)流和傳導(dǎo)散熱同時(shí)發(fā)生在側(cè)溢水管上，消耗了水箱里的許多熱量，我們可以通過下面的例子得到一個(gè)基本概念。

　　以平均氣溫為10度的冬季為例，一箱水需曬約三天時(shí)間才能達(dá)到洗沐溫度（45度），暴露在外的溢水管、三通和兩個(gè)接頭的總表面積約為90c㎡，管內(nèi)徑E15mm，空氣對(duì)流的運(yùn)動(dòng)速度為10cm秒。

　　我們先計(jì)算溫度恒定在45℃的一箱水在內(nèi)外溫差為35℃的環(huán)境里，三天里側(cè)溢水管所損耗的熱量：

　　1、對(duì)流損耗：

　　按氣流運(yùn)動(dòng)速度，三天時(shí)間通過溢水管的氣體體積為：

　　V=Svt=7.5×10-32×π×3600×72×10/100=4.58m3

　　其中一半是流出水箱的熱氣體，帶出的熱量：

　　Q1=mC t =V2×ρC t =4.58×1.28×1.007×352=91kcal

　　另一半流入水箱的冷空氣升溫需熱量：

　　Q2=mC t=V2×ρC t =4.58×1.248×1.007×352=100.73kcal

　　2、傳導(dǎo)損耗：

　　根據(jù)牛頓冷卻定律，溢水管傳導(dǎo)損耗熱量：

　　Q3=αSh t=40×90×10-4×72×35=907.2 kcal

　　3、三天總損耗熱量：

　　Q=Q1+Q2+Q3=91+100.73+907.2=1098.93 kcal

　　注：空氣10度時(shí)密度為1.248kgm3，40度時(shí)密度為1.128kgm3，α=20-100

　　由于水箱溫度是一個(gè)逐漸升高的過程，以上計(jì)算結(jié)果減半就能得到一個(gè)比較接近實(shí)際的熱量損耗值，即549.47 kcal.

　　上例如果是一臺(tái)普通18管的太陽熱水器，容量約100升，對(duì)流傳導(dǎo)散熱三天里使水箱降溫約5.5度，而這三天里，每條集熱管平均提升水箱溫度僅為：3518=1.94度。解決側(cè)溢水管散熱問題相當(dāng)于增加了：5.51.94=2.8條集熱管。隨著氣溫的進(jìn)一步降低，側(cè)溢水管的散熱作用會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，集熱管對(duì)溫度的提升作用會(huì)進(jìn)一步下降。

　　理論計(jì)算與實(shí)際測量會(huì)有一些出入，但通過計(jì)算能使我們建立起一個(gè)正確概念：側(cè)溢水管的保溫問題不可忽視。

　　有的廠家看到了這個(gè)問題的嚴(yán)重性，并采用底部開孔的方式解決溢水管的散熱問題，這種解決措施又帶來了其他問題：增加了水箱制造難度，還需增加一個(gè)專用的加水溢水組合接頭部件，水箱密封可靠性也會(huì)有所降低。

　　我們現(xiàn)在對(duì)側(cè)溢水管的保溫問題有了一個(gè)很好的解決辦法，能有效解決發(fā)生在側(cè)溢水管上的冷熱空氣對(duì)流和熱傳導(dǎo)散熱現(xiàn)象，提高水箱的保溫性能。

　　我們采用了一個(gè)有90度彎頭結(jié)構(gòu)的側(cè)溢水保溫管，與側(cè)溢水管連接后，構(gòu)成一個(gè)垂直向下的通道，在底部有回水管接頭和側(cè)排水孔，外部有泡沫塑料保溫層。

　　水溢出水箱后順著側(cè)溢水保溫管的通道往下流動(dòng)，在底部流入回水管和從側(cè)排水管排出，不溢水時(shí)，水箱內(nèi)外空間直接連通，滿足水箱加水和放水的基本要求。當(dāng)水箱內(nèi)部溫度高于外部溫度時(shí)，熱氣流的上升運(yùn)動(dòng)使熱氣流集結(jié)在側(cè)溢水保溫管的上部，無法經(jīng)由下行通道擴(kuò)散到外部大氣中，防止了冷熱空氣對(duì)流現(xiàn)象的發(fā)生。

　　側(cè)溢水保溫管外部的泡沫塑料保溫層不僅包裹側(cè)溢水保溫管，同時(shí)也將伸出水箱保溫層外的側(cè)溢水管包裹起來，阻止溫度傳導(dǎo)散熱。

　　按現(xiàn)行的安裝方法，側(cè)溢水管外要接一個(gè)三通和兩個(gè)（上排水、下回水）管接頭，所需費(fèi)用約5-7元，沒有保溫功能。有保溫功能的底部溢水的太陽熱水器，增加了底部開孔的加工費(fèi)用，還要增加專用的加水溢水組合接頭部件，提高了安裝要求、降低了密封可靠性，綜合成本約50元。從舉例來看，側(cè)溢水管的散熱相當(dāng)于約3條集熱管的加溫作用，而一條集熱管又價(jià)值何許？從這幾個(gè)方面的比較可以看到，側(cè)溢水保溫管有著較高的性價(jià)比。

　　安裝側(cè)溢水保溫管后，有效解決了冷熱空氣對(duì)流和傳導(dǎo)散熱問題，特別是在冬季，側(cè)溢水保溫管的作用更加突出，大大提高了水箱的保溫性能，提高了太陽熱水器的熱效率。

　　以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。