1958 年，天津大学电力与自动化系热工教研室的何志迈教授和李英才教授成功设计并制造了中国第一台太阳能热水器。此外，热工实验室的实验人员和技术工人也在系统的建设、测试、运行及维护等方面做出了重要贡献。
关于这台太阳能热水器的研究论文，于 1974 年第 12 期的《科学实验》杂志上发表。考虑到当时的时代背景，文章以天津大学电力与自动化系热工教研室的名义发表，实际执笔人是何志迈教授。该文章不仅详细阐述了太阳能的利用方式，还指出了化石燃料的不可持续性，以及直接燃烧燃料获取低温热水的低效性，并大力倡导采用太阳能、地热能、工业余热和热泵等节能技术，其前瞻性理念对节能减排具有重要的指导意义。
1974年第12期《科学实验》
该文章对太阳能的形成机制、特性，辐射传热的原理，太阳能热水器的原理、结构以及天津大学的使用情况进行了深入剖析，是我国首篇系统介绍太阳能热水器的文献。尽管受限于当时原材料和工艺水平，该热水系统在太阳能转换效率和运行时长方面仍堪称国内领先。除了自然循环式金属管路加玻璃盖板的太阳能集热系统外，文章还介绍了简易的“枕袋”式热水器，读者依据此文完全可以自行制作类似的太阳能热水系统。文章还介绍了北京和西藏的大型太阳能系统，这对推动全国性的太阳能利用热潮具有重要的理论价值和实践意义。
太阳能利用装置的复杂程度和成本与所获取能量的质量和温度水平密切相关。天津大学热工实验室于 1958 年建成的中国首台太阳能热水器，由 7 个“热盒”（即集热器）并联组成。老师们在当年试验楼的南向房顶，每个“热盒”内铺设了一块涂有暗黑烟灰漆的薄铁皮和六根半寸直径的普通自来水管，盒框采用木结构，盒盖为双层玻璃，每个盒子的吸光面积为 1.8 平方米，称为管板式集热器，整个热水装置的吸光总面积为 12.6 平方米。顶部的贮水箱容积为 1 立方米，贮水箱内及整个系统的水容量为 950 公斤。
自然循环型热水器原理图
太阳能热水器的种类繁多，天津大学设计制造的第一台太阳能热水器属于自然循环型热水器。其主要部件为太阳能集热器，这是一个管板式集热器，内铺有一层薄铁皮，薄铁皮的半圆凹槽上放置着多根普通水管。为了减少热能因表面空气流动而散失，铁皮及水管表面均涂上了暗黑的煤烟油漆，以增强热射线的吸收并减少反射损失。此外，集热器盒箱需保持严密不透气，集热器的边沿及底部、循环管、贮水箱、热水管均需进行保温处理。集热器与地平面的倾角大致应与当地地理纬度相匹配。由于集热器内管的水温在吸收太阳能后高于进水水温，导致自来水上水管内水的比重小于集热管内的水，从而产生热虹吸作用，形成水的自然循环。夏天可提供一箱 38 至 50 摄氏度的热水，当时的试验楼内设有男女两个浴室，供供热工教研室、实验室人员洗浴使用。
实际上，有多种方法可以获得 50 ℃左右的热水用于生产或生活：可以利用工业企业的各种余热来制备热水；利用丰富的地下热水资源，如温泉区热水，北京、天津等城市通过钻井获取地下热水；还可以运用热泵将环境介质（大气和水）中的能量温度适当提升以获得热水。所有这些方法都能节约燃料，但需受地区、地质条件或设备限制。而利用太阳能来获取热水则是一种普遍适用且相对简便的方法。
这台太阳能热水器共使用了 18 年，直至 1976 年地震才停止使用。期间，每年从 4 月至 11 月，热水器均可正常使用。尤其暑假期间，晚饭后老师们带着孩子来洗个澡，成为一件美好的记忆。每年入冬前，实验室的工人师傅都会对热水器进行清洗维护。整台机器被保养得十分良好。地震时，房子损毁，但热水器仍完好无损，后来被赠送给校动力厂。
60 年前，这些具有绿色环保理念和前瞻视野的天津大学青年教师们，年龄最大的不过三十五岁，但他们所阐释的热力学和节能原理至今仍熠熠生辉，所设计制造的太阳能热水器至今仍在为中国人民服务。
谨以此文，纪念我国第一台太阳能热水器诞生六十周年！向我国第一代太阳能研究者致敬！祝愿我国的太阳能事业不断发展，造福于人类！
– tianda1895 –
底图制作 / 李铮 李嘉琪
封面摄影 / 费腾
今日小编 / 庞添天 闫明凯 马雪菲
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