提高太阳热水器的热效率,许多厂家把重点放在真空集热管的研究上,开源固然重要,节流也不可忽视,做好水箱的保温工作对提高热水器的热效率有着同样重要的意义。
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90cm2,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=mCt=V2×ρCt=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=mCt=V2×ρCt=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=αSht=40×90×10-4×72×35=907.2kcal
3、三天总损耗热量:
Q=Q1+Q2+Q3=91+100.73+907.2=1098.93kcal
注