■ 朱宁 王占恒 王大水 李继民

一 引言

在能源与环境问题日益突出的当今社会，太阳能作为一种取之不尽的清洁能源，正得到越来越广泛的应用，引领着节能与环保的时代步伐。太阳能利用中一个重要领域就是光热技术，最常见的就是太阳能热水和采暖系统，利用平板或真空管集热器吸收太阳辐射并将其转化成热能。由于太阳辐射强度具有周期性变化的特点，而且集热过程与用热过程存在着不一致性，因此在太阳能热水采暖系统中通常都采用蓄热水箱来存储热能，经集热器加热后的热水进入水箱顶部，水箱中较低温的水从底部进入集热器加热。

随着水箱内整体温度上升，水温自上而下呈现由高到低的分层现象，这是因为水温越高其密度越小，热水在浮升力作用下往上流，冷水向下沉。在平均温度相同的条件下，相较于温度均匀分布的水箱，具有温度分层功能的水箱对集热器回水温度更低，有利于降低集热器中的热损失，提高集热效率。另外，温度分层为太阳能热水采暖系统的多用途应用提供了良好条件，不同温区的热水用于不同的加热对象，例如按照温度由低到高可分别用于热泵蒸发器热源、加热生活用水、直接供暖热水、加热洗澡水等。

温度分层的好坏受水箱进口热水流速、温度、高度以及水箱高径比等因素的影响。Darci Luiz Savicki和Hor‡cio A Vielmo研究了不同流速对卧式水箱温度分层的影响，发现流速在0.5～2L/min范围内不会对分层造成明显破坏，需要指出的是，以上结论是在进出口均位于3/4底面直径高度的情况下得出的。……