0前言
在太陽能利用技術(shù)中，太陽能熱水器困其環(huán)保、技術(shù)簡單、成本低廉被廣泛應(yīng)用。隨著太陽能與建筑相結(jié)合的深入，分體式太陽能熱水器引起更多學者的關(guān)注。分體式太陽能熱水器的儲熱水箱與集熱器高度差是產(chǎn)生系統(tǒng)循環(huán)動力的重要因素。如果高度差過小，則不能實現(xiàn)自然循環(huán)；過大則增加循環(huán)管道的長度和散熱面積，既不利于提高熱水器的熱效率又增加經(jīng)濟成本。因此，合理高度差的確定顯得十分重要。
1系統(tǒng)描述及TRNSYS模型構(gòu)建
NFSWH工作原理如圖1所示，它由集熱板、循環(huán)管道和儲熱水箱組成。冷水由水箱底部經(jīng)下循環(huán)管道流人集熱器，流體經(jīng)集熱器加熱后在熱虹吸壓力的作用下通過循環(huán)管道流回水箱上部，完成一次循環(huán)。本文儲熱水箱是臥式圓柱體結(jié)構(gòu)，置于集熱板上方，高度可調(diào)，以評估集熱水箱對太陽能熱水器的熱效率及水箱溫度分層的影響。
TRNSYS 模型主要由天氣數(shù)據(jù)、太陽能熱水器和輸出部件等組成。其中太陽能熱水器部件選用集熱器與水箱連成一體的type45a，該部件包括平板集熱器、分層水箱和水工質(zhì)。將循環(huán)管路分解成多個垂直于工質(zhì)流動方向的單元，并為每個不可壓縮流單元應(yīng)用伯努利方程式求解，即可分析整個系統(tǒng)。type45a主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。
自然循環(huán)太陽能熱水器的循環(huán)動力來源于集熱器進出水溫差產(chǎn)生的熱虹吸壓力，可由流體靜力學計算得出。將集熱器平均分成垂直于工質(zhì)流向的k個節(jié)點，每個節(jié)點的平均溫度可由（6）式計算：
2實驗裝置構(gòu)建
該系統(tǒng)集熱器總面積為1.5m2，有效吸收面積為1.325m2，循環(huán)管道外套橡塑保溫棉和錫箔紙，儲熱水箱采用臥式放置的圓柱體水箱，系統(tǒng)的其他參數(shù)見表1。
實驗地點為昆明，為獲取盡可能多的太陽輻射量，集熱器選取正南方向35°傾角放置。各技術(shù)指標如表2所示。
表2：TRM-2型太陽能測試系統(tǒng)技術(shù)指標
3實驗結(jié)果及討論
TRNSYS模型的氣象數(shù)據(jù)是由Me teorological數(shù)據(jù)庫提供的典型氣象年數(shù)據(jù)，與實際測量的數(shù)據(jù)可能存在一定差距。為盡可能減少這種差距，本文選取一月份太陽輻照度與實際測量值較為相近的一天。實際測量太陽輻射量比模擬所用的輻照量約大0.46MJ/a。
改變水箱的放置高度，以評估其對系統(tǒng)集熱效率的影響，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知，對于實驗部分，水箱底部到集熱器出水口的高度為0.14m-0.74m，太陽能熱水器的熱效率從62.5%提高到67.7%。主要原因是隨著水箱的放置高度升高，熱虹吸壓力增大，循環(huán)得到改善。雖然在此過程中，循環(huán)阻力也隨之增大，但熱虹吸壓力增量比阻力增量大，系統(tǒng)循環(huán)速率加大，集熱器收集的太陽能及時由水帶入儲熱水箱儲存，最終系統(tǒng)的熱效率增大。然而高度進一步提高到1.34m時，效率卻由67.7%降至64%。雖然提高水箱安裝高度可以增大熱虹吸壓力，但流量增大會引起儲水箱內(nèi)水摻混，擾亂了溫度分層。此外也增大系統(tǒng)的循環(huán)管道的長度和散熱面積，最終導(dǎo)致熱水器的集熱效率不升反降。也就是說水箱底部到集熱器出水口存在一個最佳高度，系統(tǒng)的集熱效率最大。
4結(jié)論
2援水箱底部相對于集熱器頂端的高度為0.7m-1.4m 比0.2m-0.7m 有更高集熱效率。
3援水箱底部到集熱器頂端的高度為0.44m-1.04m，系統(tǒng)熱效率變化不超過3%。
