第二章-1太阳能传热的基本理论
太阳能热水暖气的工作原理
太阳能热水暖气的工作原理
太阳能热水暖气系统的工作原理如下：
1. 太阳能收集：安装在屋顶或立面上的太阳能集热器，吸收太阳辐射，将太阳能转化为热能。
2. 热水循环：通过循环泵，将集热器中加热得到的热水循环引导到热水储罐中。
3. 热水储罐：热水储罐用于存储加热得到的热水，并保持其温度。
4. 循环控制：系统配备循环控制装置，根据热水储罐内温度和需求，控制循环泵工作，实现热水循环。
5. 辅助加热：当太阳能热水无法满足需求，系统可自动切换至辅助加热装置，如电加热器或燃气锅炉，提供额外的热水供应。
6. 热水供应：经过循环和加热后，热水通过管道分配到暖气设备或家用热水龙头，供应给用户。
7. 温度控制：太阳能热水暖气系统通常配备温度控制器，可以根据室内温度和用户需求，自动调整热水的供应温度。
太阳能技术热力学基础课件
对未来研究和发展的建议
深入研究太阳能技术热力学的基础理 论，探索新的转换技术和方法，提高 转换效率和稳定性。
推动太阳能技术的商业化应用，加强 相关产业的发展，提高太阳能技术的 市场竞争力。
太阳能电池效率
太阳能电池的效率是衡量其将太阳能转换为电能的能力的重要指标。影响电池效率的因素 包括材料质量、表面处理、温度等。提高电池效率的方法包括优化材料结构、改进制程工 艺等。
04
热力学在太阳能技术中的应用
太阳能热利用
太阳能热利用原理
利用太阳能辐射将热能转换为其他形式的能量，如电能、机械能 等。
太阳能技术热力学基础课 件
• 引言 • 热力学基本概念 • 太阳能技术原理 • 热力学在太阳能技术中的应用 • 太阳能技术的挑战与前景 • 结论
01
引言
主题简介
太阳能技术
介绍太阳能技术的基本概念、应 用领域和发展现状，阐述其在能 源利用和环境保护方面的重要性 。
热力学基础
介绍热力学的基本概念、定律和 原理，为后续太阳能技术热力学 分析提供理论基础。
加强太阳能技术与其它可再生能源技 术的集成和优化，形成综合能源利用 系统，提高能源利用的综合效益。
加强国际合作和交流，共同推进太阳 能技术的发展和应用，为全球能源可 持续发展做出贡献。
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压力与体积
压力
压力是指气体或液体在单位面积上所受到的垂直作用力，单位是牛顿/平方米 （N/m²）。
体积
体积是指物体所占据的三维空间的大小，单位是立方米（m³）。
热力学第一定律和第二定律
太阳能热水器传热学 热量计算
太阳能热水器传热学热量计算
太阳能热水器传热学涉及到热量的传输和计算。
热量的传输可以通过传导、对流和辐射三种形式进行。
对于太阳能热水器而言，热量的输入来自太阳光照射，输出则是通过热水的升温。
太阳能热水器主要是利用太阳辐射能将太阳的热能转化为热水的热能。
在计算太阳能热水器的热量时，可以考虑以下几个因素：
1. 太阳能辐射：太阳能热水器的主要热源是太阳辐射，可以根据太阳辐射强度和太阳能板的接收面积来计算太阳能的输入热量。
2. 热水的负荷：热水的负荷量是指需要加热水的总量，可以根据热水的用量和温度来计算负荷量。
3. 热水器的效率：热水器的效率是指太阳能转化为热水能的比例，可以通过测量热水器的实际输出热量和输入热量来计算效率。
通过以上的计算，可以得出太阳能热水器的热量输入和输出情况，进而评估太阳能热水器的传热性能和效率。
太阳能加热原理
太阳能加热原理
太阳能加热是利用太阳能将光能转化为热能的过程。
原理主要涉及光热转换和传热过程。
光热转换是太阳能加热的核心原理。
当太阳光射入太阳能热水器或太阳能集热器表面时，太阳能热水器表面的吸热板或集热器材料会吸收光能并转化为热能。
这通常是通过光能传递给吸热板内的流体来实现，例如液体或空气。
吸热板或集热器内的流体会因吸收光能而升温。
具体来说，流体中的分子会因光能的作用而震动加强，分子热运动加剧，从而使流体温度升高。
这样，光能通过吸热板或集热器内的流体转化为热能。
传热是太阳能加热的另一个重要原理。
一旦流体在吸热板或集热器内被加热，传热过程开始发挥作用。
传热可以通过辐射、传导和对流三种方式进行。
首先，辐射传热是指热能在物体之间通过电磁波的传递。
太阳能热水器或集热器吸收的光能，会以辐射的方式传递到流体中，使其温度进一步升高。
其次，传导传热是指热能通过物体内颗粒之间的碰撞而传递。
当流体温度升高后，它会与吸热板或集热器内部材料接触，热能会通过颗粒之间的碰撞传导到材料中。
最后，对流传热是指热能通过流体的运动而传递。
流体在吸热
板或集热器内部受热后，会由于密度变化产生对流运动，热能随之通过流体的运动传递。
这也是太阳能热水器中热水上升、冷水下降的原因。
综上所述，太阳能加热的原理是利用太阳能的光热转换和传热过程，将光能转化为热能，并通过传导、辐射和对流的方式将热能传递给流体，实现对流体的加热。
这有助于提供可再生的热能供给，减少对传统能源的依赖。
传热的基本原理
传热的基本原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热量传递可以通过三种基本途径发生：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子或离子的振动和碰撞来传递的过程。
当一个物体的一部分受热时，其分子通过振动和碰撞将能量传递给周围的分子，从而逐渐使整个物体达到热平衡。
传导的速率取决于物体的导热性质，即物体的热导率。
热导率越高，传导速率越快。
对流是指流体（气体或液体）的传热过程。
当一个物体受热时，周围的流体也会受热并产生密度变化，从而形成对流流动。
对流能够有效地传递热量，因为流体的流动会带走热量并将其传递到其他地方。
对流的速率取决于流体的热扩散性质和流体的流动性质。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，无需通过物质进行传导或对流。
所有物体都会辐射热量，其强度取决于物体的温度和辐射特性。
辐射热量可以在真空中传递，也可以在透明的介质（例如空气或玻璃）中传递。
在实际情况中，传热往往是以上三种方式的综合作用。
例如，在烹饪中，热量通过盖子底部的传导传递给锅内的食物，然后通过对流将热量均匀分布到整个食物中。
而太阳的热量则通过辐射传递到地球表面，然后通过导热和对流进一步分布到大气层和海洋中。
了解传热的基本原理对于很多日常生活和工程应用都非常重要。
通过控制传热过程，我们可以更好地设计和改进热交换设备、节能系统以及热管理系统，从而提高能源利用效率，减少能源消耗。
太阳能工作原理
太阳能工作原理太阳能是一种清洁、可再生的能源，其工作原理基于光的转换和利用。
太阳能的利用可以通过不同形式展现，如太阳能发电、太阳能热水器等。
本文将以一篇科普文章的方式，从太阳能的基本原理、太阳能电池工作原理、太阳能热水器工作原理等几个方面来介绍太阳能的工作原理。
1. 太阳能的基本原理太阳是地球上最主要的能源之一。
太阳能的利用是将太阳辐射能转化为其他形式的能量，如热能或电能。
太阳能的基本原理是利用太阳的能量，通过各种技术手段将其转换成人类可以直接或间接使用的能源。
2. 太阳能电池工作原理太阳能电池，也称为光电池或光伏电池，是将光辐射直接转化为电能的装置。
它是通过光电效应将光子转变为电子，然后利用电子的运动形成电流。
太阳能电池由多个薄膜或晶体硅组成，这些材料对光线特别敏感。
当光线照射到太阳能电池上时，光子进入电池并与材料中的原子相互作用。
这个作用使得一些原子中的电子获得足够的能量从而跃迁到导电能力较强的区域，形成电流。
3. 太阳能热水器工作原理太阳能热水器是利用太阳能将光能转化为热能的装置。
它由集热器、储热器和热水储存箱组成。
集热器通常是黑色的吸热板，用于吸收太阳辐射，将阳光转化为热能。
当太阳辐射照射到集热器上时，吸热板会升温，并将热能传递给储热器中的液体，如水或其他传热介质。
储热器将热能储存起来，当需要热水时，储热器中的液体被抽取出来，传递给热水储存箱，供应家庭使用。
4. 太阳能的应用太阳能的应用十分广泛。
除了太阳能电池和太阳能热水器外，太阳能还可以用于发电、照明以及供暖等。
太阳能发电是将光能转化为电能的过程，广泛应用于居民住宅、商业用途和工业领域。
太阳能发电的过程中，太阳能光线通过光伏电池转化为直流电，然后通过逆变器将直流电转化为交流电以供电网使用。
总结：太阳能的工作原理是基于光的转换和利用。
太阳能可通过太阳能电池转化为电能，也可通过太阳能热水器转化为热能。
太阳能的应用非常广泛，包括太阳能发电、太阳能热水器、太阳能供暖等。
热辐射与能量转换：太阳能利用与热能转换的原理
热辐射与能量转换：太阳能利用与热能转换的原理引言：能源问题近年来成为全球范围内关注的焦点，随着化石燃料的不可持续性和环境问题的日益突出，寻找可再生能源成为了当务之急。
而太阳能作为一种可再生的能源，正逐渐成为重要的解决方案。
本文旨在通过物理学的角度，介绍太阳能的利用与热能转换的原理。
第一章：物理定律的应用作为物理专家，理解和应用物理定律是实验的基础。
在太阳能利用和热能转换中，我们要重点了解以下几条定律：1. 斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律表明，一个黑体辐射出的辐射能量与其表面温度的四次方成正比。
在实验中，我们可以利用这个定律来研究太阳的辐射能量以及如何将其转化为有用的能量形式。
2. 热力学第二定律：热力学第二定律规定了能量转化中的方向性和效率，特别是热能转化为其他形式能量的可逆性和不可逆性。
在太阳能利用和热能转换中，我们需要根据热力学第二定律的原理来设计高效的太阳能装置。
3. 热传导定律：热传导定律研究了热能在介质中的传导过程，包括导热性能和传热速率。
在太阳能利用与热能转换中，我们需要了解材料的导热性能，以及如何通过合理的传热系统来转换太阳的热能。
第二章：太阳能利用与热能转换的实验准备为了研究太阳能利用与热能转换的原理，我们需要做一系列实验来验证和探索。
以下是一些实验的准备工作：1. 实验设备：我们需要准备太阳能收集器、传热系统、温度计、热电偶等实验设备。
太阳能收集器用于吸收太阳辐射能量，传热系统用于将吸收的热能转化为其他形式的能量。
2. 实验样本：我们需要准备一系列不同材料的样本，以研究它们的导热性能和热能转换效率。
常用的样本包括金属、陶瓷、塑料等。
3. 实验条件：实验室环境的控制对于太阳能实验至关重要。
我们需要调整环境温度、光照强度和湿度等参数，以模拟不同的实际应用场景。
第三章：太阳能利用与热能转换的实验过程在实验开始之前，我们需要确定研究的具体目标和设计实验方案。
以下是一些可行的实验过程：1. 太阳能辐射测量：我们可以通过太阳能收集器接收太阳辐射能量，并使用热电偶或太阳能电池来测量辐射能量的变化。
太阳能加热原理
太阳能加热原理
太阳能加热是利用太阳辐射能量将其转化为热能的过程。
太阳能加热的原理基于太阳辐射的热效应，即太阳光线射到物体上时，其中的能量会被物体吸收并转化为热能，从而使物体温度升高。
太阳能加热的过程可以分为三个主要步骤：光吸收、热传导和热储存。
首先，太阳能加热系统中的吸光体负责吸收太阳光线，并将其转化为热能。
吸光体通常采用黑色或深色的材料，因为这些颜色能够更好地吸收光线。
当太阳光线照射到吸光体上时，吸光体吸收光线中的能量，导致其内部的分子和原子振动加剧，转化为热能。
热能的产生使得吸光体的温度升高。
其次，吸收到的热能通过热传导传递给周围的环境。
热传导是通过物质颗粒之间的相互碰撞和振动来传递热能的过程。
太阳能加热系统中通常采用导热性能较好的材料，如金属或导热液体，来作为传导介质，以便将吸光体中的热能快速传递给其他部分。
最后，太阳能加热系统中的热储存装置用于储存热能。
热储存装置通常采用保温材料包裹，以减少热能的散失。
热储存装置能够在白天吸收和储存大量的热能，在夜间或需要时释放热能，以提供热水或供暖等需求。
太阳能加热的原理可用于多种应用，如太阳能热水器、太阳能
暖气、太阳能发电等。
太阳能加热不仅能有效利用可再生能源，减少对传统能源的依赖，还能减少环境污染，对于实现可持续发展具有重要意义。
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导热基本定律
固体金属导热系数一般在十几至几百Ｗ/mＫ， 与导电性能一样，随温度的增加而缓慢减小；
其它固体导热系数一般比金属小一两个数量级 （石墨、金刚石除外）；
液体导热系数一般小于１Ｗ/mＫ，除水和甘油 等，绝大多数随温度升高而减小；
大多数气体导热系数都小于0.1Ｗ/mＫ，一般随 温度升高而增大。
两州11个县88个乡(镇)372个村的22800户 牧民每户安装了一台太阳灶，实现了一户 一灶，可为牧民年节约劳动力成本1368万 元。
目前，我国太阳灶的保有量约200万台。
太阳灶在不同地区的使用情况
箱式
漏斗式 抛物面
太阳能空调技术
太阳能干燥技术
直接式
主动式 被动式
间接式 混合式
太阳能建筑
光伏建筑一体化
全部依靠太阳能供电、 供热和空调的实验性太阳 能房 (广州)
传热学基础
导热特点
各种物质的导热机理
气体和液体：分子或原子的相互作用或碰撞 介电物质：晶体点阵或者晶格振动。其能量
是量子化的，称之为声子，其热传导可看成 是声子的相互作用和碰撞 金属晶体：主要是电子的相互作用和碰撞， 声子贡献小。
我国城市家庭, 燃气热水器占57.4%,电热水 器占31.3%,而太阳能热水器只占7.6%
美国和日本的太阳能热水器市场占有率都超 过了10%,澳大利亚为30%,以色列达到49%, 塞浦路斯更是高达90%。
在我国城市家庭的购买预期调查中,燃气热水 器、电热水器和太阳能热水器的比例将演变 为35.8%、30.2%、23.2%,太阳能热水器的 比例将大幅增长
第一阶段为被动式大阳房 它是一种完全通过建筑物结构、朝向、布置
以及相关材料的应用进行集取、储存和分配 太阳能的建筑。
第二阶段为主动式太阳房 它是一种以太阳能集热器与风机、泵、散热器
等组成的太阳能采暖系统或者与吸收式制冷机 组成的太阳能空调及供热系统的建筑。
太阳能热利用
第三阶段是加上太阳电池应用，为建筑物提 供采暖、空调、照明和用电，完全能满足这 些要求的）称为“零能房屋”。
对流定义
对流传热基本特点
对流换热的电磁波谱
辐射换热基本特点
非透明物体吸收太阳热
不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表面对各 种波长的辐射几乎都是全部吸收，而白色表面可以 反射几乎90％的可见光。
物体的表面越粗糙、颜色越深，吸收率就越高， 反射率越低。
太阳 直射辐 射 太空 散射辐 射
环境长波辐射
对流 换热
壁体得热
地面 长波 地面反射辐射 辐射
建筑传热红外热像图
谢谢!
反射 吸收
太阳辐射在玻璃中传递过程
低透low-e玻璃
将具有低发射率、高红 外反射率的金属（铝 、铜、银、锡等）， 使用真空沉积技术， 在玻璃表面沉积一层 极薄的金属涂层，这 样就制成了 Low-e (Low-emissivity) 玻 璃。对太阳辐射有高 透和低透不同性能。
建筑物的热量传递
大气 长波辐 射
截止2009年底，我国太阳能热水器年产量达到 3000万m2，总保有量达到1.5亿m2 。
截止2009年底，我国已建起约2000万m2的太 阳房。
2010年，我国太阳灶的保有量约为100余万台 。
我国太阳热水产业发展迅速
太阳热水器产量和产值快速增长，所销售量 和累计拥有量都已在世界首位
制订并实施了一批国家标准和行业标准，产 品质量正在不断提高；
技术进步取得可喜的成绩，生产装备和生产 手段都在不断完善
随着人民生活水平的提高，太阳热水器市场 在全国范围内得到培育和扩大
全球太阳能热水器现状
2007年世界太阳能热水器国家所占份额分析
1995－2007年前世界太阳能热水器年增长容量变化
我国太阳热水器产量
2007年，我国太阳能热水器产量的增长速度 约 为30%，年产量达到2340万m2，总保有量 约为1.08亿m2。 2008年，我国太阳能热水器产量的年产量为 3100万m2，占世界总产量的76%，总保有量 1.23亿m2。 2009年，我国太阳能热水器总保有量达到1.5 亿 m2 。
我国太阳能热水器销售情况
2007年，我国太阳能热水器市场销售额约 为320亿元人民币。 2008年，我国太阳能热水器市场销售额约 为430亿元人民币。 2009年，我国太阳能热水器总产值超过500 亿元人民币。
太阳能热水器产品结构
我国
世界
太阳热水器与其它热水器比较
太阳热水器与其它热水器比较
失； 开发建筑屋面模块式集热器
集热器板芯结构
玻璃真空管集热器技术发展方向
发展内置金属流道的玻璃真空集热器； 热管真空管；
我国太阳灶的发展
1979－2007年太阳灶使用保有量（千 台）
截至2006年底，农业部在四川省甘孜和青 海省玉树两个藏族自治州投资870万元实 施的太阳能温暖工程项目全面完成。
太阳能与煤、燃油、燃气、电锅炉对比
未来家庭用热水的供给方式中，太阳能热水 系统所占比重会越来越大。
预计到2015年，太阳能热水器的总保有量 会达到2.32亿m2。
可节约标准煤3016万吨，减排二氧化碳 2189.6万吨。
平板集热器技术发展方向
采用优质集热板芯，逐步发展高质全铜板芯； 采用优质选择性涂层； 盖板要求采用高透过率材料； 采用推广透明隔热材料以抑制对流，减少热损
新能源利用技术
太阳能热利用的发展 及传热的基础知识
王一平 黄群武 天津大学化工学院
主要内容
➢ 太阳能热利用发展现状 ➢ 传热学基础
太阳能热利用发展现状
太阳能热利用的发展现状
太阳能热利用就是直接将太阳的辐射能转化为 热能的应用。
主要包括太阳热水器、太阳房、太阳灶、太阳 干燥、太阳海水淡化及其它工农业应用。