太阳能热水器设计

２００２年第２期　福建能源开发与节约　

再议太阳能热水器集中热水系统设计　

杨　骏　（福州市马尾开发区建筑设计院福建福州　３５０００４）　

随着太阳能热水器使用的日益增多，太阳能集　

中热水系统也将越来越多地进入我们的设计工作中。　

如何做好太阳能集中热水系统的设计，是我们设计　

者应重视的一个问题。由于太阳能热水器与我们过　

去传统的加热设备相比，有其不同的特点，故在设　

计时，如处理不当将会产生不良的后果：或使用不　

便；或达不到使用太阳能热水器的节能目的。下面　

就将这方面的问题结合自己的设计体会作一些探讨。　ｌ太阳能热水器的工作特点　

（１）季节性　

太阳能热水器在夏季产生的热水量较多，在冬　

季产生的热水量较少，这与我们通常夏季使用的热　

水量较少；冬季使用的热水量较多的用水习惯正好　

相反。　

（２）时段性　

太阳能热水器只有在有日照的白天才能产生热　

水。　

（３）太阳能热水器需要较长的加热时间　

太阳能热水器与传统的加热设备（燃煤、燃油、　燃气锅炉）相比，需要较长的加热时间才能得到满　

足使用要求的热水，尤其在日照不强的阴天和冬季，　

这种加热时间需要更长。　

２太阳能集中热水系统设计应注意的几个问题　

（１）由于太阳能热水器有着季节性特点，特别是　

在夏天产生的热水过量，整个系统的水温经常超过使　

用温度（６０℃），甚至达到１００℃，如使用时不小心，　

将会造成人员烫伤，所以设计时应有以下措施：　

①应有辅助加热设备，使产生的热水量在阴天　

和冬季也能满足使用需要，通常采用电加热器作为　

辅助加热设备。　

②应有措施防止夏天整个系统产生“超温”现　

象，主要处理原理为减少整个系统的热水量，增加　

系统的冷水量，以使水温下降至使用温度，可采用　

以下方法：　

ａ．在系统内设置电接点温度计，控制系统的电　

阀放水阀，当系统水温超过设定温度（如７０　）时，　

开启放水阀，排放热水，同时系统内进入冷水，使　

系统水温下降至使用温度。由于水垢会影响电阀的　

使用，这种处理方法在水的硬度较高，易产生水垢　

第１３卷第３期　２０１１年５月　石家庄学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．１３．Ｎｏ．３　ｍａｙ　２０１１　

太阳能的开发与利用　

——一种承压壁挂式太阳能热水器的设计　

张元静　，李健飞　

（石家庄学院　ａ．高等教育研究所ｂ．学报编辑部，河北石家庄０５００３５）　

摘要：设计了一种承压式壁挂太阳能热水器，该热水器可安装在高层、多层、小高层楼房的　阳台上，通过实验测定其热水温度等同于非承压式的真空管太阳能热水器．　

关键词：太阳能热水器；结构设计；承压；阳台壁挂　文章分类号：ＴＫ５１９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９７２（２０１１）０３—００２６—０３　

０引言　

随着人们生活水平的提高，人们对生活用水的需求量越来越大，在中国发达地区的住宅中其生活用水能　

耗已占建筑总能耗的１５％一２０％ｔ”．中国既是一个以煤炭、石油以及天然气等常规能源消耗的大国，又是常规能　源短缺的国家，同时以常规能源为主的能源结构产生大量的污染物，给中国整体环境造成了巨大的污染，一次　

性能源为主的能源开发利用模式与生态环境矛盾的１３益激化，使人类社会的可持续发展受到严峻挑战．因此　大力开发利用清洁可再生能源一太阳能，是优化能源结构，改善环境，促进经济社会可持续发展的战略之一．　中国幅员辽阔，２／３以上地区年１３照总数大于２　２００　ｈ，每年照射在陆地面积上的太阳能辐射总量为３．３ｘ　

１Ｏ。～８．４ｘｌＯ　ｋＪ／ｍ￣２Ｊ．太阳能作为一种绿色环保型的可再生能源，可谓取之不尽，用之不竭，人们对太阳能技术　的研究也１３趋成熟．　在太阳能利用领域，包括光电和光热两大部分，其中光热技术是最成熟，应用范围最广泛，产业化最兴　旺的领域之一，其可靠的技术性能以及明显的经济价值，正日益为大家所接受．在世界范围内中国已是太阳　

能热水器生产的第一大国，但与发达国家相比，人均集热面积不到０．０６　ｍ　．因此推进太阳能热水器在建筑中　的应用，是一件利国利民的好事．在城市发展太阳能利用的最佳方式是生活热水供应．而且充分利用太阳能　供应生活热水，可减少一次能源的消耗和二氧化碳的排放，有利于建设资源节约型和环境友好型社会．　

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《太阳能热水器》教学设计

教材分析

本课是在《谁热得快》一课的基础上，从学生生活中常见的太阳能热水器入手，通过研究太阳能热水器的结构，了解太阳能热水器的工作原理，进一步认识到太阳能热水器的优点，发现存在的问题与不足，并提出有针对性的改进方案，激发学生学科学、用科学的热情，培养学生乐于用学到的知识改善生活的愿望与情感态度。

学情分析

本课教学内容学生都有所了解，几乎每一个学生家庭都有太阳能热水器，但学生对于太阳能热水器的构造、工作原理和材料的了解还是较为陌生的，知之甚少，需要学生实际观察太阳能热水器，了解材料性能等，以便建构太阳能热水器的“原型”，为设计、制作太阳能热水器做铺垫。

学习目标

1.会查阅书刊及其他信息源获取关于太阳能热水器的资料；能对影响太阳能热水器吸热能力的因素作假设性解释，并能选择适合自己探究的问题进行研究；能提出探究太阳能热水器吸热能力的大致思路。

2.善于用学到的知识对太阳能热水器提出改进建议，改善生活；积极查阅资料，关心新科技、新发明，认识到科学技术是不断发展的；愿意合作交流。

3.知道太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点；了解人类对太阳能的利用。

教学重难点

重点：太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点。

难点：设计、制作太阳能热水器。

评价任务

1.知道太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点。

2.设计、制作太阳能热水器。

教学准备

锥子、粘纸、乳胶管、钳子、铁丝、空易拉罐，常见太阳能热水器的图片，搜集有关太阳能热水器的文字资料等。

教学过程 2/4

一、导人新课

上一节课我们学习了不同的物体吸热本领不同，这节课我们就来研究太阳能热水器，并用上节课所学的知识，研究一下如何更好地利用太阳的光和热。（板书课题：《太阳能热水器》）

二、探究新知

活动一：认识太阳能热水器的种类及发展历程。

1.关于太阳能热水器，你搜集到了哪些资料？以小且为单位，把你搜集的有关太阳能热水器的资料介绍给大家。

初二物理作业设计大赛案例

题目：太阳能热水器设计案例

背景信息：

在我国南方地区，夏季日照时间较长且温度较高，利用太阳能加热水可以实现节能环保。某初二物理作业设计大赛的参赛选手小明准备设计一个简单的太阳能热水器，以应用物理知识展示太阳能的利用。

设计要求：

1. 使用简单的材料和工具，能够在学校实验室或者家庭条件下进行制作。

2. 太阳能热水器应能有效地利用太阳能加热水，达到一定的温度。

3. 设计材料和制作步骤需要清晰明了。

设计过程：

1. 购买所需材料：透明塑料瓶、黑色材料（如黑色塑料袋）、绝热材料、胶水等。

2. 准备工具：剪刀、尺子、粘土或者胶带。

3. 在透明塑料瓶上切一个直径大约为2-3厘米的小孔，并在该孔的下方用热胶固定一小塑料管，作为出水口。

4. 用黑色材料将整个瓶子包裹住，紧贴瓶子表面，尽量遮挡阳光。

5. 在瓶子外部用绝热材料（如胶带或粘土）提供一层外层绝缘。

6. 找一个较高温度的太阳能照射充足的地方，将太阳能热水器放置其中。

7. 在太阳能热水器的上部加入冷水，逐渐加热。

实验结果：

在阳光充足的情况下，太阳能热水器可以有效利用太阳能加热瓶内的水，并使水的温度升高。经过数小时的照射，实验中的水温可达到30-40摄氏度。

结论：

通过本次实验，小明成功设计了一个简单的太阳能热水器。通过有效地利用太阳能加热水，可以实现节能环保，减少电或燃气的使用。这个太阳能热水器的制作过程简单明了，小明通过这个实验不仅展示了太阳能的利用，还锻炼了自己的动手能力和实验设计能力。