【學(xué)員問(wèn)題】太陽(yáng)能熱水器水箱保溫新技術(shù)應用？

　　【解答】真空管式太陽(yáng)熱水器自誕生以來(lái)，側溢水管的保溫工作常被忽視�，F常規的做法是在側溢水管上接一個(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，當水箱加滿(mǎn)水后，一部分溢出的水可順著(zhù)下行通道流回室內，其他部分通過(guò)上行通道溢出。不溢水時(shí)，水箱內外空間直接連通，當水箱內部溫度高于外部溫度時(shí)，側溢水管的上行通道為冷熱空氣對流創(chuàng )造了條件，這種對流現象隨著(zhù)溫差的加大而加強，我們在冬季常能看到側溢水管冒熱氣就是這種冷熱空氣對流現象。在嚴寒地區，熱氣流上升遇冷后，水汽會(huì )凝結成冰封堵管道，使水箱無(wú)法進(jìn)氣排氣，危及熱水器的使用安全。

　　側溢水管連接著(zhù)一個(gè)三通，不易實(shí)施包裹保溫措施，現投入使用的太陽(yáng)熱水器，溢水管多數直接暴露在空氣中。由于溢水管與水箱內膽焊接在一起，溫度會(huì )通過(guò)溢水管傳導出去，擴散到外部大氣中。

　　對流和傳導散熱同時(shí)發(fā)生在側溢水管上，消耗了水箱里的許多熱量，我們可以通過(guò)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㎡，管內徑E15mm，空氣對流的運動(dòng)速度為10cm秒。

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

　　1、對流損耗：

　　按氣流運動(dòng)速度，三天時(shí)間通過(guò)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、傳導損耗：

　　根據牛頓冷卻定律，溢水管傳導損耗熱量：

　　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(guò)程，以上計算結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.

　　上例如果是一臺普通18管的太陽(yáng)熱水器，容量約100升，對流傳導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。解決側溢水管散熱問(wèn)題相當于增加了：5.51.94=2.8條集熱管。隨著(zhù)氣溫的進(jìn)一步降低，側溢水管的散熱作用會(huì )進(jìn)一步加強，集熱管對溫度的提升作用會(huì )進(jìn)一步下降。

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

　　有的廠(chǎng)家看到了這個(gè)問(wèn)題的嚴重性，并采用底部開(kāi)孔的方式解決溢水管的散熱問(wèn)題，這種解決措施又帶來(lái)了其他問(wèn)題：增加了水箱制造難度，還需增加一個(gè)專(zhuān)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。

　　我們現在對側溢水管的保溫問(wèn)題有了一個(gè)很好的解決辦法，能有效解決發(fā)生在側溢水管上的冷熱空氣對流和熱傳導散熱現象，提高水箱的保溫性能。

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

　　水溢出水箱后順著(zhù)側溢水保溫管的通道往下流動(dòng)，在底部流入回水管和從側排水管排出，不溢水時(shí)，水箱內外空間直接連通，滿(mǎn)足水箱加水和放水的基本要求。當水箱內部溫度高于外部溫度時(shí)，熱氣流的上升運動(dòng)使熱氣流集結在側溢水保溫管的上部，無(wú)法經(jīng)由下行通道擴散到外部大氣中，防止了冷熱空氣對流現象的發(fā)生。

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

　　按現行的安裝方法，側溢水管外要接一個(gè)三通和兩個(gè)（上排水、下回水）管接頭，所需費用約5-7元，沒(méi)有保溫功能。有保溫功能的底部溢水的太陽(yáng)熱水器，增加了底部開(kāi)孔的加工費用，還要增加專(zhuān)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(lái)看，側溢水管的散熱相當于約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，側溢水保溫管有著(zhù)較高的性?xún)r(jià)比。

　　安裝側溢水保溫管后，有效解決了冷熱空氣對流和傳導散熱問(wèn)題，特別是在冬季，側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(yáng)熱水器的熱效率。

　　以上內容均根據學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請及時(shí)溝通、指正。