系统简介：强制循环式太阳能热水系统是利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器或换热器进行循环的热水系统。系统通常采用温差控制、光电控制及定时器控制等方式。这种运行方式在大型热水工程中基本都采用。强制循环式太阳能热水系统使循环动力加大，有利于提高热效率，实现热水系统的多种功能及控制，是目前应用较广泛的一种热水系统形式。

工作原理：在太阳光照条件下，在太阳能集热器的出水末端和水箱内均增加一个温度探头，采用控制器控制，通过设定温差控制功能，当集热器内的水温与贮热水箱中的水温之差达到设定值时，控制器开始动作，控制启动热水循环泵，把集热器中的高温水和贮热水箱中的低温水交换循环；当集热器中的水温与贮热水箱中的水温之差低于设定值时，控制器开始动作，停止热水循环泵工作；如此不断循环，从而使整个贮热水箱中的水温升高。

这种系统是在集热器和贮水箱之间管路上设置水泵，作为系统中水的循环动力；与此同时，集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。系统中设有控制装置，根据集热器出口与贮水箱之间的温差控制水泵运转。在水泵入口处，装止回阀，防止夜间系统中发生水倒流而引起热损失。该系统在运行过程中，循环泵的启动和关闭必须要有控制，否则既浪费电能又损失热能。通常温差控制较为普及，有时还同时应用温差控制和光电控制两种。

(1)温差控制。

温差控制是利用集热器出口水温和贮热水箱底部水温之间的温度差来控制循环水泵的运行。温度差可以根据季节不同设定不同的温度，当温差达到设定温度时，循环水泵启动将集热器内的热量导入水箱之中，将水箱内的水逐渐加热。当温差低于设定温度时，循环水泵停止运转。这是一个反复循环的过程，直到将水箱内水加热。例如:早晨日出后，集热器内的水受太阳辐射能加热，温度逐步升高，一且集热器出口处水温和贮热水箱底部水温之间的温差达到设定值(一般为8~10℃)时，温差控制器给出信号，启动循环泵，系统开始运行遇到云遮日或下午日落前，太阳辐照度降低，集热器温度逐步下降，一旦集热器出口处水温和贮水箱底部水温之间的温差达到另一设定值(一般为3~4℃)时，温差控制器给出信号，关闭循环泵，系统停止运行。

(2)光电控制。

光电控制是利用太阳能电池所产生的电信号来控制循环泵的运行。早晨日出后，太阳辐照度逐渐增加，一旦太阳辐照度达到设定的阈值(一般150瓦/平方左右)时，光电温差控制器给出信号，启动循环泵，系统开始运行；遇到云遮日或下午日落前，太阳辐照度逐渐降低，一旦太阳辐照度低于阈值时，光电温差控制器给出信号，关闭循环泵，系统停止运行。

3.系统用热水方式

强制循环系统再用热水时，有两种取热水的方法：顶水法和落水法。

顶水法是向贮水箱底部补充冷水(自来水)，将贮水箱上层热水顶出使用；落水法是依靠热水本身重力从贮水箱底部落下使用。在强制循环条件下，由于贮水箱内的水得到充分的混合，不出现明显的温度分层，所以顶水法和落水法一开始都可以取到热水。顶水法与落水法相比，其优点是热水在压力下的喷淋可提高使用者的舒适度，而且不必考虑向贮水箱补水的问题；缺点也是从贮水箱底部进入的冷水会与贮水箱内的热水掺混。落水法的优点是没有冷热水的掺混，但缺点是热水靠重力落下而影响使用者的舒适度，而且必须每天考虑向贮水箱补水的问题。

很多强制循环系统都被设计成双回路换热系统，即通过换热器将太阳能热水和用户热水分隔开，达到保证用户热水水质质量满足规范要求的目的。在双回路的强制循环系统中，换热器既可以是置于贮水箱内的浸没式换热器，也可以是置于贮水箱外的板式换热器。板式换热器与浸没式换热器相比，有许多优点：其一，板式换热器的换热面积大，传热温差小，对系统效率影响少；其二，板式换热器设置在系统管路之中，灵活性较大，便于系统设计布置；其三，板式换热器已商品化、标准化，质量容易保证，可靠性好。

4.系统优缺点

强制循环式太阳能热水系统优点是系统的动力来自于循环水泵，单个系统可以不受采光面积的限制，可以做到上百甚至上千平方米；贮热水箱放置位置不受限制，可以根据现场情况，摆放在任一安全的位置。系统运行相对定温放水系统所产热水速度又大大提高，通过采用循环泵，换热频率提高，可以始终保持贮热水箱内的水温相对较高，当水箱为满水位时当集热器的水温较高时仍然可以循环换热，大大提高集热器的利用率。但强制循环式太阳能热水系统的缺点是需要配置循环水泵、电控装置等，且要求选用高质量的控制系统，才能确保系统运行的可靠性；系统工程成本较高，要求较高的施工技术，系统维护费用也相应地提高。强制循环系统应用比较广，适用于大、中、小型各种规模的太阳能热水系统。

5.集热器组的流量分配

太阳能热水系统的设计与性能计算，都是以假设单个集热器或者集热器组中流量均匀分配为基础。如果流量分配不均匀，那些流量小的集热器，会由于工作温度升高，热损失加大，而使整个系统的日效率降低。因此，为了确保系统的热性能，要求集热器组的流量分配应尽量均匀，这对于大中型强制循环太阳能热水系统尤为重要。自然循环太阳能热水系统由于有自调节功能，问题就显得不那么突出。集热器组中的流量分配，可以采用常规的水力学方法进行计算，但必须对集热器的结构尺寸及连接方式做一些必要的假设。尽管如此，计算仍十分繁琐。科学家曾对由12台管板式平板集热器并联组成的太阳能热水系统，在强制循环运行条件下测定了集热器吸热板上的温度分布。在大流量条件下，从中心集热器到边缘集热器之间的最大温度差可高达22摄氏度。比照集热器的效率方程，如此大的温度对集热器效率的影响是相当可观的。

如果将集热器的连接方式从全部并联改为并-串联组合，则可以得到更为均匀的流量分配及温度分布。

因此，在设计大中型强制循环太隱热水系统时，必须从流量分配的角度考虑系统中集热器组的连接方式。