自然循環(huán)式太陽熱水系統(tǒng)是我國和發(fā)展中國家應用得多，也是全球為普及的太陽能熱利用技術產(chǎn)品之一。這種系統(tǒng)利用流體(水)作為載熱介質，當流體受熱后，溫度升高、比重變輕，密度變小，自動產(chǎn)生熱虹吸對流循環(huán)換熱的物理現(xiàn)象并以此作為循環(huán)動力，來進行太陽能光一熱轉換，獲取太陽輻射熱。這種系統(tǒng)只需滿足一個前提條件，即系統(tǒng)只要配備一支高位，并有利于溫度分層的保溫循環(huán)儲熱水箱及連接集熱器和儲熱水器之間的循環(huán)管道，并確保整個系統(tǒng)處于與大氣連通的開放狀態(tài)，就能確保熱虹吸對流循環(huán)換熱現(xiàn)象的自然發(fā)生和有效運轉。如圖3.11所示裝置就為一臺典型的自然循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)一般由一塊(組)太陽能平板集熱器，一支高位保溫循環(huán)儲熱水箱，一套浮球閥控制補給水箱和相應的腳架系統(tǒng)(含集熱器腳架和保溫水箱腳架)等四大總成部件組成。在保溫循環(huán)儲熱水箱上，一般還應開有冷水人水孔、熱水出水孔，上循環(huán)孔、下循環(huán)孔，排污孔、放氣孔、溢流孔等7個管接頭的孔位。太陽能平板集熱器通過上循環(huán)管和下循環(huán)管，與保溫循環(huán)儲熱水箱實現(xiàn)雙方的對角循環(huán)回路連接。
3.11
自然循環(huán)式太陽熱水系統(tǒng)，除需設置一個浮球閥補給水箱控制水位之外，不再需要其他更多的干預措施，也不消耗任何輔助能源。系統(tǒng)在接通冷、熱水管后，就能長期穩(wěn)定地自動運行，系統(tǒng)自動化程度較高，太陽能光一熱交換效率也遠比悶曬式系統(tǒng)要高得多。在20世紀70年代我國成功開發(fā)出平板型自然循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)。特別在1980年5月日北京天文館舉辦的首屆''全國太陽能利用技術展覽會。上，全國各地一下子推出了上百臺套形形色色的公共浴室自然循環(huán)太陽熱水系統(tǒng)后，用太陽能熱水器解決當年在我國尚屬稀缺資源的公共沐浴室熱水供應難題，曾引起全國各族人民的期盼與共鳴。事實上，改革開放以來，我國民眾居住的生活條件得到了很大改善。從80年代開始自然循環(huán)太陽能熱水器逐步成為中國家庭生活熱水的主要熱利用設備，若干年后，在我國真空管得到大規(guī)模生產(chǎn)應用之后，更強化了太陽能自然循環(huán)系統(tǒng)的應用比例。其間的變化是，原有的圓臥水箱加平板型熱水器所使用的平板，被更多的斜向上直插進入水箱的真空管集熱器所替代。
自然循環(huán)系統(tǒng)進行溫差對流換熱的動力，來自處于連通容器中的冷、熱載熱介質流體比重的大小。由于連通容器兩端受熱不均，造成流體分子之間的溫差，而不同溫度的比重，又導致不同熱虹吸壓力頭的出現(xiàn)。在自然循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)獲得的熱虹吸作用力可由下式求得
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HT=h*(r2-r1)【注：云南太陽能昆明太陽能廠家、大多數(shù)太陽能熱水工程系統(tǒng)都按照這個公式來設計太陽能熱水工程原理圖】(3.4.1)
HT ：代表熱虹吸壓力（kg/m3）；
h ：代表平均高差（m），即集熱器中心線到保溫儲存循環(huán)水箱中心線之間的差值；
r2: ：冷水的比重（kg/m3）；
r1 ：熱水的比重kg/m3）；
3.12
顯然，當δr= r2-r1，溫差恒定時，熱虹吸壓力頭Ht取決于h值的大小。只有當H,值大到足以克服系統(tǒng)總水頭損失時，自然循環(huán)或者說熱虹吸現(xiàn)象才會發(fā)生。換句話說，自然循環(huán)系統(tǒng)能否運行起來，取決于傳熱介質流體可能實現(xiàn)和得以維持的小溫差、水箱與集熱器之1司的平均高差、系統(tǒng)循環(huán)管道水阻的大小，以及系統(tǒng)整體保溫效果的好壞等客觀影響因素。
至于云南太陽能中的很多昆明太陽能廠家采用的自然循環(huán)原理都是將光能轉化為熱能，因此可以推算出熱轉化效率（η），具體公式如下：
η=【G*(T1-T2)÷A*I】*；(3.4.2)
η：表示熱轉化效率；
T2：系統(tǒng)日落時水箱所得的平均溫度；
T1：系統(tǒng)日出時水箱容水的平均溫度；
A：即熱的有效面積；
I：日出輻射總量；
根據(jù)(3.4.1)及(3.4.2)兩式，我們可以得出一些在設計建造自然循環(huán)系統(tǒng)時應注意的事項單一的自然循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)組合結構不宜搞得太大，裸露在外的上、下循環(huán)管道要越短越好。在其他因素不變的情況下，過于龐大的系統(tǒng)象征著需要設置更高和容積更大的保溫循環(huán)儲熱水箱，更大的集熱器陣列和更為復雜的循環(huán)管網(wǎng)系統(tǒng)。根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，一般的自然循環(huán)共用熱水系統(tǒng)，其集熱器面積應控制在40m 2以內，水箱總容積3t左右較為合理。集熱器盡量采用并聯(lián)方式可有效降低沿程水阻，但每排并聯(lián)集熱器組應控制在不超過5～6塊平板集熱器為宜，因為過多的并聯(lián)組合會使得處于并聯(lián)中間地段的集熱器發(fā)生流量不均、水阻不平衡的高溫現(xiàn)象，從而影響了整個熱水系統(tǒng)的熱水產(chǎn)量和系統(tǒng)熱循環(huán)效率的提高。
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