题目

阅读图文材料，完成下列要求。暑假期间，小明从北京去内蒙古看望舅舅，舅舅家位于内蒙古自治区西部草原，随着社会主义新农村的建设，舅舅所在的村庄已经实现了新村定居。新村庄结合当地的实际情况，采用太阳能和风能相结合的形式为家庭提供能源。下图为小明舅舅家能源利用示意图。（1）小明告诉舅舅，太阳能热水器在夏季和冬季要调整倾角，请为小明说明理由。（2）小明舅舅说太阳能热水器在冬季基本上停用，试分析原因。（3）针对北方地区冬季太阳能热水器使用效果差的问题,简述太阳能热水器厂应做出的相关改进措施。 答案：【答案】（1）要保证太阳能热水器的集热效率，就要使集热板与正午太阳光线垂直，也就是集热板的倾角与当地正午太阳高度角互余，因为正午太阳高度角随季节而变化，所以太阳能热水器的安装倾角也要随季节做出适当调整。（2）当地纬度较高，冬季白昼时间较短，集热时间较短；冬季太阳高度角较小，太阳辐射弱，太阳能加热效果差，水温较低；冬季气温低，室外散热快，太阳能热水器集热管容易冻裂，输水管道容易结冰。（3）提高真空集热管的吸热功能；增强保温水箱的保温效果；增加电辅热功能；增强太阳能热水器集热管的抗冻能力；制造智能太阳能热水器（真空集热板的朝向和倾角随太阳方位的变化而变化）。【解析】本题以太阳能热水器高度调整为案例，分析了正午太阳高度角的季节变化及计算，学生可结合相关知识进行综合分析。（1）太阳能热水器在夏季和冬季要调整倾角，主要原因在于夏季与冬季太阳高度不尽相同，而要使太阳能面板吸收更多热量，应尽量使面板垂直于太阳光线。（2）太阳的热水器在冬季基本上停用，主要原因在于冬季太阳辐射相对较弱，具体原因在于当地纬度偏高，太阳入射角相对较小，削弱作用较强，导致到达地面的太阳辐射相对较弱。此外由于其纬度高，冬季白昼时间短，集热时间相对不长，升温效果不明显。且内蒙古地区冬季气温较低，室外散热快，保温效果较差。（3）结合上题结论，北方冬季太阳能热水器使用效果相对较差，因此热水器厂家在出厂过程中可增加电辅热功能以帮助水温快速上升；加强水箱的保温效果，保证热水能持续保温；另外还可增强太阳能集热管的抗冻、吸热能力；增加朝向和倾角随太阳方位变化而变化的功能，以尽可能垂直于太阳光线获得更好的太阳能收集效果。

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