太陽能熱水系統(tǒng)按照運(yùn)行原理可分為承壓式（頂水式）太陽能熱水系統(tǒng)和非承壓（落水式）太陽能熱水系統(tǒng)。承壓式太陽能熱水系統(tǒng)因其成本、銷售價格、技術(shù)穩(wěn)定性等多方面因素，市場占有率很低，而非承壓太陽能熱水系統(tǒng)則具有技術(shù)成熟度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉而得到市場的廣泛認(rèn)可，成為目前太陽能熱水系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。

　　1 非承壓太陽能熱水系統(tǒng)存在的缺陷非承壓太陽能熱水系統(tǒng)主要是依靠全玻璃真空集熱管吸收太陽能，并轉(zhuǎn)化為熱能，通過傳導(dǎo)、對流或相變換熱等方式將熱量傳到非承儲熱水箱內(nèi)，加熱非承儲熱水箱內(nèi)的冷水。非承壓水箱中的蒸汽或膨脹的熱水通過非承儲熱水箱上的排氣管或溢流管排出，維持水箱內(nèi)部和外部的壓力平衡。當(dāng)非承壓太陽能熱水系統(tǒng)向用水點供水時，則需要依靠非承儲熱水箱與用水點之間的落差形成的重力，向用水點供水。

　　由于非承壓太陽能熱水系統(tǒng)自身運(yùn)行原理的特征，導(dǎo)致該類型系統(tǒng)在使用中存在多種缺陷。圖1為非承壓太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理。

　　1.1出水不穩(wěn)、用水舒適性差系統(tǒng)熱水的提供依賴于非承儲熱水箱與用水點之間的落差形成的重力，所采用的閥門、管路等絕大部分零部件主要是針對電熱水器或燃?xì)鉄崴鞯瘸袎哼\(yùn)行熱水系統(tǒng)設(shè)計的。因此，當(dāng)落差較小、熱水溫度較高、冷熱水壓差較大時，或選用的閥門、管件等零部件不合適時，非承壓太陽能熱水系統(tǒng)則出現(xiàn)混水困難、出水冷熱不均、出水流量小，出水力小等問題，無法向用水點提供溫度、力、流量合適的熱水。

　　1.2反復(fù)補(bǔ)氣，造成水質(zhì)污染系統(tǒng)在向用水點提供熱水時，儲熱水箱內(nèi)用掉的熱水容積需要通過布?xì)夤苎a(bǔ)入空氣來補(bǔ)充，防止非承儲熱水箱吸癟。由于非承儲熱水箱反復(fù)的補(bǔ)氣、排氣，導(dǎo)致外部空氣不斷地進(jìn)入水箱，造成水質(zhì)和水箱壁的污染，導(dǎo)致用水品質(zhì)的下降，尤其是在空氣污染比較嚴(yán)重的時間或地區(qū)，其特征更為明顯。

　　2 問題的解決隨著熱水器技術(shù)的不斷發(fā)展，上述問題也通過不同的技術(shù)手段得到一定程度的解決，并在實際中得到應(yīng)用。

　　2.1出水增壓技術(shù)管路增壓技術(shù)，即在非承壓太陽能熱水系統(tǒng)熱水出水管路設(shè)置一個熱水增壓泵。當(dāng)系統(tǒng)向用水點供水時，通過流量開關(guān)或力開關(guān)控制熱水增壓泵的開啟，實現(xiàn)系統(tǒng)向用水點的增壓。目前該項技術(shù)有普通自動增壓模式和變頻自動增壓模式。但無論哪一種模式，都需要在系統(tǒng)中增加電力驅(qū)動的熱水增壓泵，這不但使系統(tǒng)成本和售價的大幅度增加，也使本來節(jié)能的非承壓太陽能熱水系統(tǒng)出現(xiàn)耗能的現(xiàn)象。增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，系統(tǒng)的可靠性大幅度下降。同時，熱水增壓泵的使用，也造成了環(huán)境的噪聲污染。

　　另一種管路增壓模式是設(shè)計提出渦流增壓混水閥門，該閥　門利用冷水速度帶動熱水進(jìn)行混水，與普通混水閥門相比，其出水效果得到一定的改善，但當(dāng)系統(tǒng)落差較小、出水管阻較大時，其使用效果有一定的局限性。相對成熟的技術(shù)則是采用承壓式太陽能熱水系統(tǒng)，但因其成本、價格、技術(shù)等因素而暫時沒有得到廣泛的推廣、應(yīng)用。

　　2.2管路循環(huán)技術(shù)和管路排空技術(shù)針對非承壓太陽能熱水系統(tǒng)熱水管路中存在冷水，導(dǎo)致在向用水點供水時，需要先將熱水管路中的冷水放掉，然后才能放出熱水的問題，提出兩種解決方法：

　　1.管路循環(huán)：即在系統(tǒng)中增加一個熱水循環(huán)泵，當(dāng)熱水管路中熱水溫度低于設(shè)定值時，循環(huán)泵啟動，將管路中的冷水循環(huán)到非承儲熱水箱中，同時把儲熱水箱中的熱水循環(huán)到冷水管路中，這樣可以實現(xiàn)用水點開水既有熱水。同時也可以解決管路冬季防凍的問題。該系統(tǒng)因需要增加電力驅(qū)動的循環(huán)泵，存在消耗輔助能源，增加成本，降低系統(tǒng)可靠性問題。這種運(yùn)行模式適合于工程類太陽能熱水系統(tǒng)。

　　2.管路排空：當(dāng)非承壓太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)束向用水點供水時，系統(tǒng)通過真空泵，或其他裝置，將熱水管路中的存水排掉，管路中不再存有液體。當(dāng)下一次系統(tǒng)向用水點供水時，可以向用水點直接提供熱水，也解決了管路冬季防凍的問題。該技術(shù)的不足之處是不能實時的將管路中的余水重新利用，造成一定程度的水資源浪費(fèi)。

　　3非承壓太陽能熱水系統(tǒng)新型運(yùn)行原理的提出基于非承壓太陽能熱水系統(tǒng)存在的出水不暢、水質(zhì)污染、管路冷水浪費(fèi)等問題，提出以下幾種非承壓太陽能熱水系統(tǒng)新型運(yùn)行模式，達(dá)到用水舒暢、水質(zhì)優(yōu)良、節(jié)約資源的目的。

　　3.1瞬時承壓太陽能熱水系統(tǒng)圖2為瞬時承壓太陽能熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有常規(guī)非承壓熱水系統(tǒng)配置雙聯(lián)動閥門、水流開關(guān)、排氣電磁閥等組成。當(dāng)系統(tǒng)不向用水點供水時，雙聯(lián)動閥門3關(guān)閉。排氣電磁閥8處于常開狀態(tài)，系統(tǒng)集熱或加熱過程中，水箱中膨脹的水或水蒸氣可以通過排氣電磁閥8（常開）向外部排氣，維持儲熱水箱內(nèi)外力的平衡。

　　當(dāng)系統(tǒng)向用水點供水時，開啟雙聯(lián)動閥門3，水流開關(guān)啟動，若水位開關(guān)檢測到儲熱水箱中水位達(dá)到設(shè)定要求時，排氣電磁8關(guān)閉，出水電磁閥12打開，儲熱水箱6中熱水在自來水力作用下，通過與雙聯(lián)動閥門冷水進(jìn)行混水后向用水點供水。

　　當(dāng)系統(tǒng)停止向用水點供水時，關(guān)閉雙聯(lián)動閥門3，水流開關(guān)2停止動作，出水電磁閥12關(guān)閉，排氣電磁閥8打開，系統(tǒng)通過排氣電磁閥8泄壓，維持儲熱水箱和外部環(huán)境的壓力平衡。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于：

　　1.實現(xiàn)用水承壓，不用水非承的目的。既有非承壓熱水器　結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、價格低廉的優(yōu)點，又有承壓太陽能熱水系統(tǒng)自來水頂水出水的優(yōu)點，解決了非承壓熱水器用水時不承壓存在的諸如出水不暢、溫度難調(diào)等各種問題。

　　2.實現(xiàn)閉式運(yùn)行目的，防止外部空氣對水質(zhì)的污染。由于系統(tǒng)在向用水點供水時采用自來水頂水承壓運(yùn)行模式，因此在運(yùn)行中不需要外部空氣的補(bǔ)氣，消除了外部空氣的污染。而在非承壓運(yùn)行階段，水箱中膨脹的水蒸氣或熱水僅通過排氣電磁閥向外排氣而不需要補(bǔ)氣，也不存在外部空氣污染水質(zhì)的問題。

　　3.由于系統(tǒng)絕大多數(shù)時間均處于非承壓運(yùn)行狀態(tài)，僅在用水時承壓運(yùn)行，承時間大幅度減少。且系統(tǒng)是在供水過程中承受自來水的動態(tài)力，因此所承受力遠(yuǎn)小于承壓太陽能熱水系統(tǒng)承受的靜態(tài)自來水力，也不受自來水力波動的影響。因此，相對于承壓式太陽能熱水系統(tǒng)而言，不但具有其承壓運(yùn)行的品質(zhì)，其可靠性也得到極大的提高。

　　4.當(dāng)將系統(tǒng)中排氣電磁閥安裝在雙聯(lián)動閥門3熱水入口前端，并在儲熱水箱底部安裝力開關(guān)，則系統(tǒng)可以在北方寒冷地區(qū)使用，徹底解決了非承壓太陽能熱水系統(tǒng)北方冬季防凍問題。

　　5.系統(tǒng)設(shè)計時，僅需對非承壓太陽能熱水系統(tǒng)的水箱、支架、集熱管等結(jié)構(gòu)略作加強(qiáng)設(shè)計，即可實現(xiàn)瞬時承功能的應(yīng)用，成本增加有限，但用水品質(zhì)得到大幅度增加。

　　3.2射流增速太陽能熱水系統(tǒng)圖3為射流增速太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理。該系統(tǒng)主要由非承壓太陽能熱水系統(tǒng)配置雙聯(lián)動閥門及射流混水噴頭組成。當(dāng)系統(tǒng)向用水點9提供熱水時，開啟雙聯(lián)動閥門10，冷水經(jīng)過雙聯(lián)動閥直接到達(dá)射流混水閥，在射流混水閥射流裝置的作用下，冷水周圍形成負(fù)壓區(qū)，這樣直接和射流混水噴頭的儲熱水箱中的熱水在負(fù)的作用下，經(jīng)過雙聯(lián)動直接到達(dá)射流混水閥，并在負(fù)壓區(qū)和冷水混合，混合好的熱水由混水區(qū)直接噴出，形成高速的射流熱水，實現(xiàn)低落差太陽能熱水系統(tǒng)出水的射流增速特征。

　　射流增速太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點在于：

　　1.太陽能熱水系統(tǒng)無需混水閥，冷熱水直接在射流混水噴頭處每一個水射流噴嘴處混水。由于熱水無需經(jīng)過混水閥而直接到達(dá)混水閥，熱水管路管阻較小。這樣在較小落差條件下即可實現(xiàn)較大流量的出水。

　　2.冷水無需經(jīng)過混水閥而直接進(jìn)入射流噴頭，冷水管路管阻小，這樣，即使在冷水進(jìn)水力較小時，由于射流噴頭冷水出口采用射流結(jié)構(gòu)，冷水仍然能達(dá)到較高的流速。

　　3.冷熱水管阻均較小，且在射流噴頭處均有較大流量，由于冷水出水采用水射流結(jié)構(gòu)，冷水出水速度快，則冷熱水混水區(qū)形成負(fù)壓，使熱水可以和冷水有效混合，形成較大出水流量、出水速度和出水力。

　　4.由于冷熱水均不經(jīng)混水閥而直接達(dá)到射流噴頭，并直接在噴頭出口處混水，向外噴出，因此，系統(tǒng)不會因冷水力過大、熱水溫度過高造成混水困難。

　　5.該系統(tǒng)無需外部輔助動力，僅利用自來水的壓力即可實　現(xiàn)低落差條件下的非承壓熱水系統(tǒng)的有效混水和供水。因此，具有上述特征的非承壓太陽熱水系統(tǒng)，在低落差、低水壓、高水溫等一種或幾種條件下，仍能達(dá)到出水流量、溫度和力達(dá)到使用要求。試驗結(jié)果表明在射流噴頭距儲熱水箱底部距離僅400mm，熱水管路長達(dá)15m，熱水溫度60℃，出水溫度為42℃條件下，出水流量可以達(dá)到9L/min~12L/min，完全能夠滿足各種用水要求。而在0m距離的條件下，出水流量也可達(dá)到5L/min~8L/min，能夠滿足基本用水要求。

　　如果將瞬時承壓太陽能熱水系統(tǒng)前端增設(shè)微壓減壓閥，并配合射流增速太陽能熱水系統(tǒng)使用，則完全可以實現(xiàn)低落差條件下非承壓太陽能熱水系統(tǒng)的閉式運(yùn)行，同樣可以解決非承壓太陽能熱水系統(tǒng)水質(zhì)補(bǔ)氣污染的問題，并實現(xiàn)用水點用水增速的目的。

　　4 總結(jié)

　　瞬時承壓、射流增速的實現(xiàn)，在不需要外部附加動力，無外部動力能耗的條件下，解決了現(xiàn)有非承壓太陽能熱水系統(tǒng)存在的諸如出水壓力力小、水質(zhì)污染和冷水浪費(fèi)等問題，使非承壓太陽能熱水系統(tǒng)的品質(zhì)得到提升。　瞬時承壓、射流增速和冷水回收3項技術(shù)可以單獨應(yīng)用到非承壓太陽能熱水系統(tǒng)上，也可以相互組合使用，以達(dá)到不同用戶的需求。瞬時承壓、射流增速和冷水回收3項技術(shù)填補(bǔ)了太陽能熱水系統(tǒng)在該類技術(shù)方面應(yīng)用的空白。