【学员问题】太阳能热水器水箱保温新技术应用？

　　【解答】真空管式太阳热水器自诞生以来，侧溢水管的保温工作常被忽视。现常规的做法是在侧溢水管上接一个三通，形成一个上行通道和一个下行通道，下行通道接回水管，当水箱加满水后，一部分溢出的水可顺着下行通道流回室内，其他部分通过上行通道溢出。不溢水时，水箱内外空间直接连通，当水箱内部温度高于外部温度时，侧溢水管的上行通道为冷热空气对流创造了条件，这种对流现象随着温差的加大而加强，我们在冬季常能看到侧溢水管冒热气就是这种冷热空气对流现象。在严寒地区，热气流上升遇冷后，水汽会凝结成冰封堵管道，使水箱无法进气排气，危及热水器的使用安全。

　　侧溢水管连接着一个三通，不易实施包裹保温措施，现投入使用的太阳热水器，溢水管多数直接暴露在空气中。由于溢水管与水箱内胆焊接在一起，温度会通过溢水管传导出去，扩散到外部大气中。

　　对流和传导散热同时发生在侧溢水管上，消耗了水箱里的许多热量，我们可以通过下面的例子得到一个基本概念。

　　以平均气温为10度的冬季为例，一箱水需晒约三天时间才能达到洗沐温度（45度），暴露在外的溢水管、三通和两个接头的总表面积约为90c㎡，管内径E15mm，空气对流的运动速度为10cm秒。

　　我们先计算温度恒定在45℃的一箱水在内外温差为35℃的环境里，三天里侧溢水管所损耗的热量：

　　1、对流损耗：

　　按气流运动速度，三天时间通过溢水管的气体体积为：

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

　　其中一半是流出水箱的热气体，带出的热量：

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

　　另一半流入水箱的冷空气升温需热量：

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

　　2、传导损耗：

　　根据牛顿冷却定律，溢水管传导损耗热量：

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

　　3、三天总损耗热量：

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

　　注：空气10度时密度为1.248kgm3，40度时密度为1.128kgm3，α=20-100

　　由于水箱温度是一个逐渐升高的过程，以上计算结果减半就能得到一个比较接近实际的热量损耗值，即549.47 kcal.

　　上例如果是一台普通18管的太阳热水器，容量约100升，对流传导散热三天里使水箱降温约5.5度，而这三天里，每条集热管平均提升水箱温度仅为：3518=1.94度。解决侧溢水管散热问题相当于增加了：5.51.94=2.8条集热管。随着气温的进一步降低，侧溢水管的散热作用会进一步加强，集热管对温度的提升作用会进一步下降。

　　理论计算与实际测量会有一些出入，但通过计算能使我们建立起一个正确概念：侧溢水管的保温问题不可忽视。

　　有的厂家看到了这个问题的严重性，并采用底部开孔的方式解决溢水管的散热问题，这种解决措施又带来了其他问题：增加了水箱制造难度，还需增加一个专用的加水溢水组合接头部件，水箱密封可靠性也会有所降低。

　　我们现在对侧溢水管的保温问题有了一个很好的解决办法，能有效解决发生在侧溢水管上的冷热空气对流和热传导散热现象，提高水箱的保温性能。

　　我们采用了一个有90度弯头结构的侧溢水保温管，与侧溢水管连接后，构成一个垂直向下的通道，在底部有回水管接头和侧排水孔，外部有泡沫塑料保温层。

　　水溢出水箱后顺着侧溢水保温管的通道往下流动，在底部流入回水管和从侧排水管排出，不溢水时，水箱内外空间直接连通，满足水箱加水和放水的基本要求。当水箱内部温度高于外部温度时，热气流的上升运动使热气流集结在侧溢水保温管的上部，无法经由下行通道扩散到外部大气中，防止了冷热空气对流现象的发生。

　　侧溢水保温管外部的泡沫塑料保温层不仅包裹侧溢水保温管，同时也将伸出水箱保温层外的侧溢水管包裹起来，阻止温度传导散热。

　　按现行的安装方法，侧溢水管外要接一个三通和两个（上排水、下回水）管接头，所需费用约5-7元，没有保温功能。有保温功能的底部溢水的太阳热水器，增加了底部开孔的加工费用，还要增加专用的加水溢水组合接头部件，提高了安装要求、降低了密封可靠性，综合成本约50元。从举例来看，侧溢水管的散热相当于约3条集热管的加温作用，而一条集热管又价值何许？从这几个方面的比较可以看到，侧溢水保温管有着较高的性价比。

　　安装侧溢水保温管后，有效解决了冷热空气对流和传导散热问题，特别是在冬季，侧溢水保温管的作用更加突出，大大提高了水箱的保温性能，提高了太阳热水器的热效率。

　　以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。