自然循环式太阳热水系统是我国和发展中国家应用得多，也是全球为普及的太阳能热利用技术产品之一。这种系统利用流体(水)作为载热介质，当流体受热后，温度升高、比重变轻，密度变小，自动产生热虹吸对流循环换热的物理现象并以此作为循环动力，来进行太阳能光一热转换，获取太阳辐射热。这种系统只需满足一个前提条件，即系统只要配备一支高位，并有利于温度分层的保温循环储热水箱及连接集热器和储热水器之间的循环管道，并确保整个系统处于与大气连通的开放状态，就能确保热虹吸对流循环换热现象的自然发生和有效运转。如图3.11所示装置就为一台典型的自然循环太阳热水系统。这种系统一般由一块(组)太阳能平板集热器，一支高位保温循环储热水箱，一套浮球阀控制补给水箱和相应的脚架系统(含集热器脚架和保温水箱脚架)等四大总成部件组成。在保温循环储热水箱上，一般还应开有冷水人水孔、热水出水孔，上循环孔、下循环孔，排污孔、放气孔、溢流孔等7个管接头的孔位。太阳能平板集热器通过上循环管和下循环管，与保温循环储热水箱实现双方的对角循环回路连接。

3.11

自然循环式太阳热水系统，除需设置一个浮球阀补给水箱控制水位之外，不再需要其他更多的干预措施，也不消耗任何辅助能源。系统在接通冷、热水管后，就能长期稳定地自动运行，系统自动化程度较高，太阳能光一热交换效率也远比闷晒式系统要高得多。在20世纪70年代我国成功开发出平板型自然循环太阳热水系统。特别在1980年5月日北京天文馆举办的首届''全国太阳能利用技术展览会。上，全国各地一下子推出了上百台套形形色色的公共浴室自然循环太阳热水系统后，用太阳能热水器解决当年在我国尚属稀缺资源的公共沐浴室热水供应难题，曾引起全国各族人民的期盼与共鸣。事实上，改革开放以来，我国民众居住的生活条件得到了很大改善。从80年代开始自然循环太阳能热水器逐步成为中国家庭生活热水的主要热利用设备，若干年后，在我国真空管得到大规模生产应用之后，更强化了太阳能自然循环系统的应用比例。其间的变化是，原有的圆卧水箱加平板型热水器所使用的平板，被更多的斜向上直插进入水箱的真空管集热器所替代。

自然循环系统进行温差对流换热的动力，来自处于连通容器中的冷、热载热介质流体比重的大小。由于连通容器两端受热不均，造成流体分子之间的温差，而不同温度的比重，又导致不同热虹吸压力头的出现。在自然循环系统中，系统获得的热虹吸作用力可由下式求得

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HT=h*(r2-r1)【注：云南太阳能昆明太阳能厂家、大多数太阳能热水工程系统都按照这个公式来设计太阳能热水工程原理图】(3.4.1)

HT ：代表热虹吸压力（kg/m3）；

h ：代表平均高差（m），即集热器中心线到保温储存循环水箱中心线之间的差值；

r2: ：冷水的比重（kg/m3）；

r1 ：热水的比重kg/m3）；

3.12

显然，当δr= r2-r1，温差恒定时，热虹吸压力头Ht取决于h值的大小。只有当H,值大到足以克服系统总水头损失时，自然循环或者说热虹吸现象才会发生。换句话说，自然循环系统能否运行起来，取决于传热介质流体可能实现和得以维持的小温差、水箱与集热器之1司的平均高差、系统循环管道水阻的大小，以及系统整体保温效果的好坏等客观影响因素。

至于云南太阳能中的很多昆明太阳能厂家采用的自然循环原理都是将光能转化为热能，因此可以推算出热转化效率（η），具体公式如下：

η=【G*(T1-T2)÷A*I】*；(3.4.2)

η：表示热转化效率；

T2：系统日落时水箱所得的平均温度；

T1：系统日出时水箱容水的平均温度；

A：即热的有效面积；

I：日出辐射总量；

根据(3.4.1)及(3.4.2)两式，我们可以得出一些在设计建造自然循环系统时应注意的事项单一的自然循环系统，系统组合结构不宜搞得太大，裸露在外的上、下循环管道要越短越好。在其他因素不变的情况下，过于庞大的系统象征着需要设置更高和容积更大的保温循环储热水箱，更大的集热器阵列和更为复杂的循环管网系统。根据多年的实践经验，一般的自然循环共用热水系统，其集热器面积应控制在40m 2以内，水箱总容积3t左右较为合理。集热器尽量采用并联方式可有效降低沿程水阻，但每排并联集热器组应控制在不超过5～6块平板集热器为宜，因为过多的并联组合会使得处于并联中间地段的集热器发生流量不均、水阻不平衡的高温现象，从而影响了整个热水系统的热水产量和系统热循环效率的提高。

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