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【摘要】如今随着社会的发展，太阳能已经成功走进千家万户，成为居民日常生活的必需品。但是随着一系列产品的更新换代，现有的太阳能系统在使用中出现了越来越多的问题。诸如系统复杂导致的集热效率低、实际运行中节能效果不明显、建设的成本高等。另外，在太阳能系统运行中，也会时常发生集热器爆管、失效或冻裂的情况，造成事故频发。因此，本文拟从该角度出发，提出无动力太阳能系统的应用研究，意在改变传统的太阳能集热理念，并在文中介绍了无动力太阳能系统的操作原理、特征以及此项工程的具体应用，将其和传统的太阳能系统在系统功效上做了对比，进一步发现此款新兴的太阳能系统更为简化，集热效率也得到了明显提高，且不会产生运行能耗，也可以进一步降低建筑运营成本，减少设备机房的面积，有效弥补了部分工程中传统太阳能系统在运行中存在的难题。
【关键词】无动力太阳能系统；传统太阳能系统；集热效率；比较研究
太阳能作为一种绿色环保能源有着取之不尽用之不竭的特点。目前对太阳能的利用主要体现在制备生活热水。同时，近年来，我国已经出台了相关政策助力太阳能应用于生活热水热源，大量太阳能集中热水系统的新建改扩建工程也正在进行。但是经过对现有太阳能系统的设计和后期运行情况进行多方位测试后发现，现有的太阳能系统比较复杂，集热效率低、建设成本持续高涨但是实际运行效率很差。如此种种的问题已经严重影响了太阳能系统在工程中的实际发展和进一步推广应用。因此，无动力太阳能系统的应用研究将可以从更为完善的角度弥补太阳能系统存在的问题。
1、传统的太阳能系统存在的问题探析
1.1集热效率低
由小组集热器先串联成大组，再由大组并联成集热循环系统，这是目前一般的大型集热器面积所采用的布置方式。传统太阳能的循环系统复杂。目前形势来看，即使是采用了同程等许多措施来保证它的干管和立管能够循环，但是复杂过长的管道会导致气堵现象的增加，这就减少了管路内的循环流量，循环的效果还是会差。而串联系统在运行中一般最前端集热器的换热会比较充分，由于是对流换热，随着串联集热器的增多，集热器的换热效果越来越差，最末端的一组集热器的换热效果最差。要保证系统中的每一组集热器所存的热量均能有效集取，这种说法事实上是达不到的。
1.2能耗大
这方面主要体现在集热系统的能耗上。其中，运行动力能耗和集热循环系统因为散热导致损失所引起的能耗更为突出，最高可达有效集热量的25%左右，由于循环泵和防冻倒循环运行的能耗也可达到有效供热量的5%左右。
1.3运行中易发生事故
安装的太阳能难以避免被暴晒，如果在运行过程中被暴晒，内胆的温度一下子接近200摄氏度，循环泵就会启动，一般温度约20摄氏度的冷水流进玻璃管，这样容易造成内胆的内外温差加大，很容易发生爆管。另外，传统的集热系统是需要循环泵的，如果水泵在选择上出现失误或选择不当，其扬程过高，就会给某些区域的玻璃管带来很大的压力，也会发生爆管；而且，如果位于水泵出口的单向阀没有密封严实的话，当水泵停泵时也会导致危险的发生，因为停泵会使系统负压，尤其是水箱的位置低于集热器时，事故发生几率将更大。现实生活中，如果水温过高，玻璃管内壁会容易结垢，加之冷水会进入内腔，这样玻璃管就会受热不均，进而发生爆炸。此外，玻璃管的加工材质、厚度的均匀性以及尾部的封装等工序的加工质量也会对系统的运行产生影响，严重时就会因为玻璃管质量问题而爆管。
另一方面，在寒冷地区，需要注意的一个问题就是太阳能系统的冻裂问题，在夏季，太阳辐射强的时间段，也要格外注意集热系统过热的问题。因为在高温状态下，如果太阳能系统持续运行，室外的高温会造成传热介质的气化损失、变质，也会导致太阳能集热器上安装系统或零件的非金属材料逐渐老化继而破坏，从而使太阳能集热器的使用寿命降低。
2、无动力太阳能系统应用研究
2.1系统原理
无动力太阳能热水装置的操作原理就是，把贮热的箱体和集热元器件通过紧凑地连接，使其依靠自然性的循环来收集热量，这样，这种无动力循环系统就能将集热、贮热、换热集为一体。它可以将全天收集的热量进行最大化的贮存，并且借助于其自身的优势，比如配备的玻璃真空管和平板集热元器件就可以充分利用水有温差的特点来争取实现自然性的循环，而不需要再使用集热循环泵，因为元器件就已经足够可靠。玻璃真空管和平板集热器的使用是有适宜性的，北方地区适合用前者，而南方地区适合用后者。另外，实现被加热水及时能及时换热的方法则是强化传热，具体需要利用波纹管束紊流振动。这种系统中的生活热水是封闭系统，水质一般不会受到污染。无动力太阳能系统可以最大化保证建筑的一体化，因为不需要集中于水箱与水箱之间，能够较大幅度地减少对建筑和结构产生的影响。最后，该系统的集热体系没有超过100摄氏度，因此不需要采取专门的过热保护措施。
2.2与传统系统比较分析
2.2.1 系统更为简化，使用更为合理
在太阳能使用及推广过程中，最有成效的莫过于住宅类建筑，这一领域是目前太阳能热水系统应用最为普及的。与传统住宅区集中集热、分散铺热供热的太阳能热水系统相比较，住宅区使用集贮热系统有明显的优点，首先是这类集热系统去除了水箱、集热循环泵、而且供热系统中也将循环管和循环泵加以去除，这样，系统就变得更为简化。集贮热系统尽管没有了供热回水管和循环泵，但是用户终端还有自备的热水器，这就使得供热管中先期的冷水在流经用户自备的热水器时会被加热，用户打开淋浴器后便是热水，当停留在其中的冷水流完后，这个太阳能热水器就可以开始使用了，不仅经济节约，还能满足客户使用要求，也能使太阳能得到充分的利用。集贮热系统中的冷水是通过同一区的给水系统来保证供给的，又加上流经集热器的水流受到的阻力很小，就可以充分地利用给水系统的压力，也能使得冷热水系统在压力上得到一定平衡，使用起来更为舒适。另外，这种无动力太阳能系统还在供热系统中设置了保持恒温的混水阀，如果太阳能热水的水温过高，则可以利用混水阀将其调至合适水温，如50摄氏度左右，这样还能防止水温过高而被烫伤。
公共建筑中多为集中式太阳能系统，相对于传统的太阳能系統中的集中贮热水箱和多台循环泵组，无动力太阳能系统简化效果更为明显。
2.2.2 集热效率提高，运行中减少能耗
无动力太阳能系统是一个集热、贮热连为一体的系统，每个集热器在一天内所集取到的热量都会分别储存在内外两个水箱之内，与传统方式相比，循环系统被省去了，循环管路的热损失也会进一步减少。每一个集热器都是一个独立的个体，都能够独立集热和贮热，不会因为管路发生短路或气堵现象而影响效率。而且每个热水器所集取到的热量会有小部分的损失以外，还能将冷水进行预热或者给供给用水加热，而传统的太阳能系统无法将低温热量进行充分利用。
无动力太阳能系统节省了换热集热循环系统，这样也就相当于省去了集热水箱还有循环泵以及储存装置的设备机房，减少了运行能耗的同时也不会受到复杂控制系统的影响。相比于传统系统，集热系统属于开式系统，不会出现爆管和集热管失效的问题，因为这种开式结构能够使运行中集热的温度始终保持在100摄氏度以下。另外，它也缓解了寒冷地区的冻裂以及炎热夏季的系统过热问题。其次，鉴于无动力太阳能系统是个冷水的预热系统，无需任何附加的能耗，可在预热辅热后直接供水，就避免了运营商将运行能耗所需的费用分摊到刚入住的住户上，从而减少了热水价格的大幅提升情况，极大地降低了高昂的运行管理费，这算得上是一个真正的节能系统。
结语：
本文通过对太阳能热水器存在的问题进行集中分析了，探讨了无动力太阳能系统在实际应用中所能带来的功效，无论是从能耗，还是从集热效率上都是值得推荐的。
参考文献：
[1]王飞，余世杰，蘇建徽，等.太阳能光伏并网发电系统的研究[J].电工技术学报，2005，20（5）：72-73.
[2]鞠振河.《太阳能光伏发电与建筑一体化技术规程》的研究与制定[J].太阳能，2011（9）：43-45.
[3]JGJ203—2010民用建筑太阳能系统应用技术规范[S].
【关键词】无动力太阳能系统；传统太阳能系统；集热效率；比较研究
太阳能作为一种绿色环保能源有着取之不尽用之不竭的特点。目前对太阳能的利用主要体现在制备生活热水。同时，近年来，我国已经出台了相关政策助力太阳能应用于生活热水热源，大量太阳能集中热水系统的新建改扩建工程也正在进行。但是经过对现有太阳能系统的设计和后期运行情况进行多方位测试后发现，现有的太阳能系统比较复杂，集热效率低、建设成本持续高涨但是实际运行效率很差。如此种种的问题已经严重影响了太阳能系统在工程中的实际发展和进一步推广应用。因此，无动力太阳能系统的应用研究将可以从更为完善的角度弥补太阳能系统存在的问题。
1、传统的太阳能系统存在的问题探析
1.1集热效率低
由小组集热器先串联成大组，再由大组并联成集热循环系统，这是目前一般的大型集热器面积所采用的布置方式。传统太阳能的循环系统复杂。目前形势来看，即使是采用了同程等许多措施来保证它的干管和立管能够循环，但是复杂过长的管道会导致气堵现象的增加，这就减少了管路内的循环流量，循环的效果还是会差。而串联系统在运行中一般最前端集热器的换热会比较充分，由于是对流换热，随着串联集热器的增多，集热器的换热效果越来越差，最末端的一组集热器的换热效果最差。要保证系统中的每一组集热器所存的热量均能有效集取，这种说法事实上是达不到的。
1.2能耗大
这方面主要体现在集热系统的能耗上。其中，运行动力能耗和集热循环系统因为散热导致损失所引起的能耗更为突出，最高可达有效集热量的25%左右，由于循环泵和防冻倒循环运行的能耗也可达到有效供热量的5%左右。
1.3运行中易发生事故
安装的太阳能难以避免被暴晒，如果在运行过程中被暴晒，内胆的温度一下子接近200摄氏度，循环泵就会启动，一般温度约20摄氏度的冷水流进玻璃管，这样容易造成内胆的内外温差加大，很容易发生爆管。另外，传统的集热系统是需要循环泵的，如果水泵在选择上出现失误或选择不当，其扬程过高，就会给某些区域的玻璃管带来很大的压力，也会发生爆管；而且，如果位于水泵出口的单向阀没有密封严实的话，当水泵停泵时也会导致危险的发生，因为停泵会使系统负压，尤其是水箱的位置低于集热器时，事故发生几率将更大。现实生活中，如果水温过高，玻璃管内壁会容易结垢，加之冷水会进入内腔，这样玻璃管就会受热不均，进而发生爆炸。此外，玻璃管的加工材质、厚度的均匀性以及尾部的封装等工序的加工质量也会对系统的运行产生影响，严重时就会因为玻璃管质量问题而爆管。
另一方面，在寒冷地区，需要注意的一个问题就是太阳能系统的冻裂问题，在夏季，太阳辐射强的时间段，也要格外注意集热系统过热的问题。因为在高温状态下，如果太阳能系统持续运行，室外的高温会造成传热介质的气化损失、变质，也会导致太阳能集热器上安装系统或零件的非金属材料逐渐老化继而破坏，从而使太阳能集热器的使用寿命降低。
2、无动力太阳能系统应用研究
2.1系统原理
无动力太阳能热水装置的操作原理就是，把贮热的箱体和集热元器件通过紧凑地连接，使其依靠自然性的循环来收集热量，这样，这种无动力循环系统就能将集热、贮热、换热集为一体。它可以将全天收集的热量进行最大化的贮存，并且借助于其自身的优势，比如配备的玻璃真空管和平板集热元器件就可以充分利用水有温差的特点来争取实现自然性的循环，而不需要再使用集热循环泵，因为元器件就已经足够可靠。玻璃真空管和平板集热器的使用是有适宜性的，北方地区适合用前者，而南方地区适合用后者。另外，实现被加热水及时能及时换热的方法则是强化传热，具体需要利用波纹管束紊流振动。这种系统中的生活热水是封闭系统，水质一般不会受到污染。无动力太阳能系统可以最大化保证建筑的一体化，因为不需要集中于水箱与水箱之间，能够较大幅度地减少对建筑和结构产生的影响。最后，该系统的集热体系没有超过100摄氏度，因此不需要采取专门的过热保护措施。
2.2与传统系统比较分析
2.2.1 系统更为简化，使用更为合理
在太阳能使用及推广过程中，最有成效的莫过于住宅类建筑，这一领域是目前太阳能热水系统应用最为普及的。与传统住宅区集中集热、分散铺热供热的太阳能热水系统相比较，住宅区使用集贮热系统有明显的优点，首先是这类集热系统去除了水箱、集热循环泵、而且供热系统中也将循环管和循环泵加以去除，这样，系统就变得更为简化。集贮热系统尽管没有了供热回水管和循环泵，但是用户终端还有自备的热水器，这就使得供热管中先期的冷水在流经用户自备的热水器时会被加热，用户打开淋浴器后便是热水，当停留在其中的冷水流完后，这个太阳能热水器就可以开始使用了，不仅经济节约，还能满足客户使用要求，也能使太阳能得到充分的利用。集贮热系统中的冷水是通过同一区的给水系统来保证供给的，又加上流经集热器的水流受到的阻力很小，就可以充分地利用给水系统的压力，也能使得冷热水系统在压力上得到一定平衡，使用起来更为舒适。另外，这种无动力太阳能系统还在供热系统中设置了保持恒温的混水阀，如果太阳能热水的水温过高，则可以利用混水阀将其调至合适水温，如50摄氏度左右，这样还能防止水温过高而被烫伤。
公共建筑中多为集中式太阳能系统，相对于传统的太阳能系統中的集中贮热水箱和多台循环泵组，无动力太阳能系统简化效果更为明显。
2.2.2 集热效率提高，运行中减少能耗
无动力太阳能系统是一个集热、贮热连为一体的系统，每个集热器在一天内所集取到的热量都会分别储存在内外两个水箱之内，与传统方式相比，循环系统被省去了，循环管路的热损失也会进一步减少。每一个集热器都是一个独立的个体，都能够独立集热和贮热，不会因为管路发生短路或气堵现象而影响效率。而且每个热水器所集取到的热量会有小部分的损失以外，还能将冷水进行预热或者给供给用水加热，而传统的太阳能系统无法将低温热量进行充分利用。
无动力太阳能系统节省了换热集热循环系统，这样也就相当于省去了集热水箱还有循环泵以及储存装置的设备机房，减少了运行能耗的同时也不会受到复杂控制系统的影响。相比于传统系统，集热系统属于开式系统，不会出现爆管和集热管失效的问题，因为这种开式结构能够使运行中集热的温度始终保持在100摄氏度以下。另外，它也缓解了寒冷地区的冻裂以及炎热夏季的系统过热问题。其次，鉴于无动力太阳能系统是个冷水的预热系统，无需任何附加的能耗，可在预热辅热后直接供水，就避免了运营商将运行能耗所需的费用分摊到刚入住的住户上，从而减少了热水价格的大幅提升情况，极大地降低了高昂的运行管理费，这算得上是一个真正的节能系统。
结语：
本文通过对太阳能热水器存在的问题进行集中分析了，探讨了无动力太阳能系统在实际应用中所能带来的功效，无论是从能耗，还是从集热效率上都是值得推荐的。
参考文献：
[1]王飞，余世杰，蘇建徽，等.太阳能光伏并网发电系统的研究[J].电工技术学报，2005，20（5）：72-73.
[2]鞠振河.《太阳能光伏发电与建筑一体化技术规程》的研究与制定[J].太阳能，2011（9）：43-45.
[3]JGJ203—2010民用建筑太阳能系统应用技术规范[S].