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太阳能热水器水箱在保温新技术中的应用
太阳能热水器水箱在保温新技术中的应用
来源:中制冷设备网    2009-7-17
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   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=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。
 

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