自然循环太阳能热水系统在中国太阳能资源丰富的省份得到了广泛的应用、面积，它是作为一个主要的热水供应系统（太阳能热水工程、太阳能热水器等产品）它也是世界上*受欢迎的太阳能热利用技术产品之一。

太阳能热水工程自然循环系统利用水这种自身具有流动性的流体作为传热介质根据水的物理特性，水受热后温度升高、比重变轻，密度变小，热虹吸的物理现象自动发生（虹吸现象是液体分子间的引力和势能差造成的，即利用水柱的压力差使水上升，然后流向较低的地方.因为喷嘴的水面承受的大气压力不同，所以水会从压力高的一边流向压力低的一边，直到两边的大气压力相等）并以此为循环动力进行太阳能光热转换，获得太阳辐射热。

太阳能热水工程自然循环系统只有在一种情况下才能运行，即只要配备高位保温循环蓄热水箱和连接集热器和储水加热器的循环管道，系统就能保证热虹吸对流循环传热现象的自然发生和有效运行，整个系统处于与大气相通的开放状态。

图1

图1所示的装置是一个典型的自然循环太阳能热水系统。该系统一般由一组或多组太阳能平板集热器组成，配有高位保温循环蓄热水箱，供水水箱和相应的三脚架系统由浮动球阀控制(包括集热器支架和保温水箱支架)和其他四个装配部件。在保温循环蓄热水箱上，一般还应设有冷水人孔、热水出口孔、下部循环孔、放气孔、溢流孔等七个管接头的孔位。太阳能平板集热器通过对角循环回路中的上循环管和下循环管与保温循环蓄热水箱连接。

太阳能热水工程自然循环系统，在冷、热水管后可自动长期安全稳定运行，系统自动化程度高，太阳能光热交换效率远高于闷晒系统。自然循环系统中温差对流传热的动力来自于连通容器中的冷量、载热介质流体的比重。由于连通容器两端受热不均匀，造成流体分子之间的温差，不同温度的比重导致不同热虹吸压头的出现。

因此，在太阳能热水工程自然循环系统中，系统得到的热虹吸力需要用公式计算，计算公式如下：

FT=h*r2-r1)

FT：代表热虹吸压力（kg/m3）

h：代表平均高差（m），即集热器中心线与蓄热循环水箱中心线之差；

r2:：冷水的比重（kg/m3）

r1：热水的比重kg/m3）

注：云南太阳能昆明太阳能制造厂、大部分太阳能热水工程系统都是根据这个公式来设计太阳能热水工程示意图的】

显然，当r2-当r1等于恒定温差时，热虹吸管压头HT取决于h的值。只有当H值大到足以克服系统的总失水时，自然循环或热虹吸才会发生，也就是说，太阳能热水工程自然循环系统能否运行，取决于传热介质流体所能达到和维持的*小温差、水箱和集热器之间的平均高度差、系统中循环管道的水阻力和系统的整体保温*是客观因素。

因此，可以计算热转换效率（η），具体公式如下：

η=【FT*T1-T2)÷S*I】100%

η：表示热转化效率；

T2：日落时系统中水箱的平均温度；

T1：系统中水箱日出时的平均温度；

S：即热的有效面积；

I：日出辐射总量；

从以上两个公式可以得出设计和建造自然循环系统时应该注意的几点系统的组合结构不应该太大和暴露、下部循环管应尽可能短。在其他因素不变的情况下，过大的系统象征着需要设置更高更大的保温循环储热罐更大的集热器阵列和更复杂的循环管网系统。

按照太阳能热水工程施工、基于多年 设计实践经验，单个太阳能热水工程自然循环共用热水系统，集热器面积控制在40m2以内，水箱总容积约3吨t是合理的。集流器并联可有效降低沿途水阻力，但每排并联集流器组数控制在不超过5 ~ 6组为宜，因为并联组合过多会造成并联中间集流器流量不均匀、水阻力不平衡的高温现象影响整个热水系统的热水产量和系统热循环效率的提高。