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技术常识

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我国第一台太阳能热水器是这样诞生的!你了解吗?


太阳是一个巨大能源,不像煤、石油、天然气等有机矿物燃料在地壳中的贮存量是有限的。而且,太阳能源的寿命和太阳本身一样长久,可提供无公害,不会污染环境的动力和热能。我国幅员辽阔,能够接收到的太阳能量相当巨大,如今太阳能利用方法很多,如光伏发电、获得高温热源、制造淡水、干燥、制冷、供暖、太阳灶、热水器等等,尤其太阳能热水器在国内外应用广泛。但少为人知的是,我国第一台太阳能热水器诞生于天津大学,包含着天大科技工作者的心血。

1958年,天津大学电力与自动化系热工教研室的何志迈和李英才两位教授设计制造了中国第一台太阳能热水器。此外,热工实验室的实验员和工人师傅在建设、测试、运行和维护等方面也做了很多工作。

这台太阳能热水器研究的介绍文章,发表在1974年第12期的《科学实验》刊物。基于当时的时代背景,本文以天津大学电力与自动化系热工教研室的名义发表,实际撰稿人是何志迈教授。该文章不但讲述了太阳能的利用,还讲述了化石燃料的不可持续性,以及直接燃烧燃料获取低温热水的不合理性,并大力提倡采用太阳能、地热能、工业余热和热泵等节能技术,意识超前,且对节能减排有较强的指导意义。

该文章对太阳能的产生和特点,辐射传热的原理,太阳能热水器的原理、结构和天津大学的使用情况进行了详细的介绍,是我国第一篇详细介绍太阳能热水器的文章。这个热水系统除了因当时的原材料和工艺限制外,从太阳能转换效率和运行时间,都不失是国内最先进的太阳能热水系统。除了自然循环式金属管路加玻璃盖板的太阳能集热系统外,文章还介绍了简易的“枕袋”式热水器,读者根据这篇文章,也完全可以制作出类似的太阳能热水系统。文章还对国内北京和西藏的大型太阳能系统做了介绍。这对当时带动全国性的太阳能利用热潮,有重要的理论意义和实用价值。

太阳能利用装置的复杂程度和成本与所获得能量的质量和温度高低有关。天津大学热工实验室验室还于1958年建成了中国第一台太阳能热水器,该热水器由7个“热盒”(称为集热器)并联组成。老师们在当年试验楼的南向房顶,每个“热盒”内铺有一块上面涂有暗黑烟灰漆的薄铁皮和六根半寸直径的普通自来水管,盒框为木结构,盒盖为双层玻璃,每个盒子的吸光面积为1.8平方米,称为管板式集热器,整个热水装置的吸光总面积为12.6平方米。顶部的贮水箱容积为1立方米,贮水箱内及整个系统的水容量为950公斤。

太阳能热水器的种类很多,天津大学设计制造的第一台太阳能热水器为自然循环型热水器。它的主要部件为太阳能集热器。这是一个管板式集热器,内铺有一层薄铁皮,薄铁皮的半圆凹槽上放着多根普通水管。为了使热能不致因表面空气流动而散失,铁皮及水管表面全涂了暗黑的煤烟油漆,以增加热射线的吸收减少反射损失。此外,集热器盒箱需要严密不透气,集热器的边及底部、循环管、贮水箱、热水管都要保温。集热器与地平面的倾角大致可选取与当地地理纬度一致。由于集热器内管的水温吸收太阳能后比进水的水温高,致使自来水上水管内水的比重比集热管的小。这样,就产生热虹吸作用,形成水的自然循环热水器。夏天可以提供一箱38至50摄氏度的热水,当时的试验楼里设有男女两个浴室,供热工教研宔、实验室人员洗浴用。

其实,有许多方法可以获得50℃左右的热水以供生产或生活应用:可以利用工业企业的各种余热来制备热水;利用丰富的地下热水资源,如温泉区热水,北京、天津等城市用钻井取得地下热水等;还可运用热泵把环境介质(大气和水)中的能量的温度适当提高以得到热水。所有这些办法都可节约燃料,但要受地区、地质条件或设备的限制。而利用太阳能来获得热水是可以普遍应用且是比较简易的方法之一。

这台太阳能热水器共使用了18年,直至1976年地震才停用。期间,每年从4月至11月,热水器均可使用。尤其暑假期间,晩饭后老师们带着孩子来洗个澡,是一件极美的事情。每年入冬前,实验室的工人师傅都会对热水器进行清洗维护。整台机器被保养的很好。地震时,房子坏了,但热水器还完好,后来被赠送给校动力厂。

60年前,这些具有绿色环保理念和超前意识的天津大学青年教师们,年龄最大的不过三十四、五岁,但他们所阐释的热力学和节约能量原理至今仍然闪耀着光芒,所设计制造的太阳能热水器至今还在为中国人民造福。

谨以此文,纪念我国第一台太阳能热水器诞生六十一周年!向我国第一代太阳能研究者致敬!祝愿我国的太阳能事业不断发展,造福于人类!

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