我國第一臺太陽能熱水器是這樣誕生的！你了解嗎？

   太陽是一個(gè)巨大能源，不像煤、石油、天然氣等有機(jī)礦物燃料在地殼中的貯存量是有限的。而且，太陽能源的壽命和太陽本身一樣長久，可提供無公害，不會污染環(huán)境的動(dòng)力和熱能。我國幅員遼闊，能夠接收到的太陽能量相當(dāng)巨大，如今太陽能利用方法很多，如光伏發(fā)電、獲得高溫?zé)嵩?、制造淡水、干燥、制冷、供暖、太陽灶、熱水器等等，尤其太陽能熱水器在國?nèi)外應(yīng)用廣泛。但少為人知的是，我國第一臺太陽能熱水器誕生于天津大學(xué)，包含著天大科技工作者的心血。


   1958年，天津大學(xué)電力與自動(dòng)化系熱工教研室的何志邁和李英才兩位教授設(shè)計(jì)制造了中國第一臺太陽能熱水器。此外，熱工實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)員和工人師傅在建設(shè)、測試、運(yùn)行和維護(hù)等方面也做了很多工作。


   這臺太陽能熱水器研究的介紹文章，發(fā)表在1974年第12期的《科學(xué)實(shí)驗(yàn)》刊物?；诋?dāng)時(shí)的時(shí)代背景，本文以天津大學(xué)電力與自動(dòng)化系熱工教研室的名義發(fā)表，實(shí)際撰稿人是何志邁教授。該文章不但講述了太陽能的利用，還講述了化石燃料的不可持續(xù)性，以及直接燃燒燃料獲取低溫?zé)崴牟缓侠硇?，并大力提倡采用太陽能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱和熱泵等節(jié)能技術(shù)，意識超前，且對節(jié)能減排有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。


   該文章對太陽能的產(chǎn)生和特點(diǎn)，輻射傳熱的原理，太陽能熱水器的原理、結(jié)構(gòu)和天津大學(xué)的使用情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，是我國第一篇詳細(xì)介紹太陽能熱水器的文章。這個(gè)熱水系統(tǒng)除了因當(dāng)時(shí)的原材料和工藝限制外，從太陽能轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行時(shí)間，都不失是國內(nèi)最先進(jìn)的太陽能熱水系統(tǒng)。除了自然循環(huán)式金屬管路加玻璃蓋板的太陽能集熱系統(tǒng)外，文章還介紹了簡易的“枕袋”式熱水器，讀者根據(jù)這篇文章，也完全可以制作出類似的太陽能熱水系統(tǒng)。文章還對國內(nèi)北京和西藏的大型太陽能系統(tǒng)做了介紹。這對當(dāng)時(shí)帶動(dòng)全國性的太陽能利用熱潮，有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。


   太陽能利用裝置的復(fù)雜程度和成本與所獲得能量的質(zhì)量和溫度高低有關(guān)。天津大學(xué)熱工實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)室還于1958年建成了中國第一臺太陽能熱水器，該熱水器由7個(gè)“熱盒”（稱為集熱器）并聯(lián)組成。老師們在當(dāng)年試驗(yàn)樓的南向房頂，每個(gè)“熱盒”內(nèi)鋪有一塊上面涂有暗黑煙灰漆的薄鐵皮和六根半寸直徑的普通自來水管，盒框?yàn)槟窘Y(jié)構(gòu)，盒蓋為雙層玻璃，每個(gè)盒子的吸光面積為1.8平方米，稱為管板式集熱器，整個(gè)熱水裝置的吸光總面積為12.6平方米。頂部的貯水箱容積為1立方米，貯水箱內(nèi)及整個(gè)系統(tǒng)的水容量為950公斤。


   太陽能熱水器的種類很多，天津大學(xué)設(shè)計(jì)制造的第一臺太陽能熱水器為自然循環(huán)型熱水器。它的主要部件為太陽能集熱器。這是一個(gè)管板式集熱器，內(nèi)鋪有一層薄鐵皮，薄鐵皮的半圓凹槽上放著多根普通水管。為了使熱能不致因表面空氣流動(dòng)而散失，鐵皮及水管表面全涂了暗黑的煤煙油漆，以增加熱射線的吸收減少反射損失。此外，集熱器盒箱需要嚴(yán)密不透氣，集熱器的邊及底部、循環(huán)管、貯水箱、熱水管都要保溫。集熱器與地平面的傾角大致可選取與當(dāng)?shù)氐乩砭暥纫恢?。由于集熱器?nèi)管的水溫吸收太陽能后比進(jìn)水的水溫高，致使自來水上水管內(nèi)水的比重比集熱管的小。這樣，就產(chǎn)生熱虹吸作用，形成水的自然循環(huán)熱水器。夏天可以提供一箱38至50攝氏度的熱水，當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)樓里設(shè)有男女兩個(gè)浴室，供熱工教研宔、實(shí)驗(yàn)室人員洗浴用。


   其實(shí)，有許多方法可以獲得50℃左右的熱水以供生產(chǎn)或生活應(yīng)用：可以利用工業(yè)企業(yè)的各種余熱來制備熱水；利用豐富的地下熱水資源，如溫泉區(qū)熱水，北京、天津等城市用鉆井取得地下熱水等；還可運(yùn)用熱泵把環(huán)境介質(zhì)（大氣和水）中的能量的溫度適當(dāng)提高以得到熱水。所有這些辦法都可節(jié)約燃料，但要受地區(qū)、地質(zhì)條件或設(shè)備的限制。而利用太陽能來獲得熱水是可以普遍應(yīng)用且是比較簡易的方法之一。


   這臺太陽能熱水器共使用了18年，直至1976年地震才停用。期間，每年從4月至11月，熱水器均可使用。尤其暑假期間，晩飯后老師們帶著孩子來洗個(gè)澡，是一件極美的事情。每年入冬前，實(shí)驗(yàn)室的工人師傅都會對熱水器進(jìn)行清洗維護(hù)。整臺機(jī)器被保養(yǎng)的很好。地震時(shí)，房子壞了，但熱水器還完好，后來被贈送給校動(dòng)力廠。


   60年前，這些具有綠色環(huán)保理念和超前意識的天津大學(xué)青年教師們，年齡最大的不過三十四、五歲，但他們所闡釋的熱力學(xué)和節(jié)約能量原理至今仍然閃耀著光芒，所設(shè)計(jì)制造的太陽能熱水器至今還在為中國人民造福。



   謹(jǐn)以此文，紀(jì)念我國第一臺太陽能熱水器誕生六十周年！向我國第一代太陽能研究者致敬！祝愿我國的太陽能事業(yè)不斷發(fā)展，造福于人類！