高层住宅阳台式平板集热器性能测试研究

阳台壁挂式平板集热器盖板受冲击实验分析

ＣｅｎｔｅｒｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇｓＥｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００２２）
第２１卷第３期２０１３年６月
安徽建筑工业学院学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏ１．２１Ｎｏ．３
Ｊ热器盖板受冲击实验分析
童
（１．安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥
伟，张伟林
２３００２２）
２３０６０１；２．建筑能效控制与评估教育部工程技术研究中心，安徽合肥
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｂａｌｃｏｎｙｗａｌｌ — ｍｏｕｎｔｅｄｆｌａｔ — ｐｌａｔｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｃａｔ — ｔｅｒｅｄｓｃｏｐｅｏｆｇｌａｓｓｓｈａｒｄｓｗｈｉｃｈｉｓｉｍｐａｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｔｅｅｌｂａｌｌｉｓｓｔｕｄｉｅｄ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｐｒｏｂｌｅｍｗｈｉｃｈａｒｉｓｅｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｏｌａｒｌｉｇｈｔａｎｄｈｅａｔ．Ｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｇｌａｓｓｃｏｖｅｒｄｅｃｒｅａｓｅｓａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒｇｒｏｗｉｎｇｗｈｅｎｔｈｅｂａｌｌｈａｓｔｈｅｓａｍｅｄｉａｍｅｔｅｒ．Ｂｕｔｔｈｅｎｕｍｂｅｒｓｏｆｇｌａｓｓｓｈａｒｄｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｉｔｉｓｓａｍｅｔｏｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｓｃａｔｔｅｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｇｒｏｗｉｎｇ．Ｇｉｖｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｔｈａｔｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒｉｎ — ｃｌｉｎａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄａｍａｇｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆａｌｌｉｎｇｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒｗｈｉｃｈｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆ

平板式太阳能热水器能效评估与改进

平板式太阳能热水器能效评估与改进陆尧杰，潘涛复旦大学指导老师：俞熹摘要：近年来，随着能源价格不断攀升，太阳能产品日益受到人们青睐。

目前家用太阳能设备中最常见的是太阳能热水器，市场基本被真空管太阳能热水器占据。

但真空管太阳能集热器造价相比平板式太阳能集热器来说非常高昂，若能将平板式太阳能系统应用于家庭用户，其低廉的成本将有利于产品更广泛的应用，起到节能环保的作用。

本实验将通过测量平板式太阳能热水系统的效率及热损，来探讨影响其效率的因素，并给出一些平板式太阳能集热器在家庭应用中的建议。

一．平板式太阳能集热器的基本原理如图为太阳能集热板的结构（1－吸热板与管道；2－玻璃盖板；3－隔热层与反光板；4－铝合金外壳）吸热板为平板式太阳能集热器的最主要部件，通过各种焊接等方法与管道紧密结合，它的表面涂有选择性吸收图层，可以最大限度的吸收太阳光的能量并转换成热能。

太阳能集热板的管道一般由集管和排管组成，集管为吸热板上下两条较粗的水管，若干根排管并联在集管之间，排管通过焊接、热碾压等方式与吸热板紧密相接以获得无结合热阻的效果，传热工质（一般为水）在排管中时被吸热板加热。

影响平板效率的因素有很多：选择性图层的吸收效率、管道与吸热板的导热性能、玻璃盖板的太阳光透过率、隔热层的保温性能等。

从吸热原理来看，平板式太阳能集热器与真空管太阳能集热器对于太阳光的吸收效率相差无几（都是通过选择性图层来实现），而目前真空管集热器的优势主要在于其真空玻璃的保温性能较好，因此体现出更高的总效率。

二．实验仪器本实验的所有仪器均为自行购买和搭建。

主要仪器有：测量用具：1. 照度计TES泰仕1332A 测量范围0～20000LUX/FC2. 温度计PT100铂电阻温度传感器与变送模块范围0～150。

C，0～10V输出3. usb-1208fs数据采集卡，计算机及相关软件4. 学生电源太阳能热水系统：1.自制水箱：买1个容积45升左右的长方形塑料箱，在箱子表面开洞以接管道（3小洞插入温度计，3个大洞分别为冷水出口、热水进口及放水口）2.球阀2个：用于控制水箱与集热板之间水循环的开闭3.束接、PVC管道与接口、胶水、生料带等管道用品若干4.太阳能集热板（导师提供）下图为整个热水系统的设计图：水箱俯视图1－1号温度计；2－2号温度计；3－球阀；4－上循环管道（热水）；5－下循环管道（冷水）太阳能集热板有4个出水口，其中两个封死。

高海拔平板太阳能集热器采暖系统性能实验研究

高海拔平板太阳能集热器采暖系统性能实验研究发布时间：2022-03-17T05:13:34.999Z 来源：《科学与技术》2021年30期作者：唐文学裴广军杨南聪[导读] 大面积双盖板平板太阳能集热器在高原测试，唐文学裴广军杨南聪广东五星太阳能股份有限公司广东东莞 523000摘要：大面积双盖板平板太阳能集热器在高原测试，室外温度12 ℃时，集热器在80-90 ℃工作区间时，其板芯平均温度在106 ℃左右，玻璃盖板表面温度约为28 ℃，板芯与玻璃盖板的传热温差为78K左右，集热器的板芯和盖板表面温差越大，反应集热器的保温性能越好，其具备在低温环境下大温差高效集热。

关键词：平板太阳能集热器、太阳能采暖、太阳能性能测试1．引言：随着工业大发展，化石能源的不断消耗，二氧化碳等温室气体的大量排放，导致自然环境越发恶劣，地球温度明显上升，国际社会都在节能减排，2020年9月22日，国家主席习近平在第75届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的伟大目标，双碳目标的实现需要大力发展新能替代常规化石能源，我国的建筑能耗是能源消耗的重要组成部分，大力发展太阳能采暖对节能减排十分重要。

2．测试背景及目的为验证高原地区太阳能采暖可行性，计划在西藏萨嘎县城南（海拔4500m）建造太阳能集热测试系统。

根据项目技术前期调研及技术论证结果，计划采用五星太阳能双盖板大面积平板集热器，热网设计供回水温度为60/45℃。

考虑到当地的特殊气候条件(昼夜温差大，气压低，太阳辐射强)，本次测试将集热器测试样机放置在当地进行性能测试，对其集热性能及其对当地气候适应性进行判断，为今后大面积推广提供依据。

本次测试采用五星太阳能大面积平板式集热器，现场搭建测试实验台，集热器通过换热器与水箱进行换热循环，测试平台对集热器的进出口水温、流量及压力，以及不同水箱不通过液位处的温度等进行实时监测、储存和数据远传。

一种高效平板太阳能集热器试验研究

一种高效平板太阳能集热器试验研究摘要:性能良好的太阳能集热器是太阳能空调的关键设备之一。

广东省江门市太阳能空调系统采用了一种高的平板集热器,其主要技术特征是增加了一块聚碳酸脂(PC)透明隔热板。

本研究通过对比试验,确定了一种高效平板太阳能集热器的技术方案,并测定了瞬时效率曲线,其热损系数仅为2190W/(m2·℃)。

我国太阳热水器近年来发展迅速,至1998年底,已有近2000万m2的太阳热水器投入使用,1997年全国太阳热水器的年产量将近350万m2,其中平板型热水器约占45%,真空管热水器约占30%[1]。

太阳热水器的应用主要是提供生活热水,但在夏天由于太阳辐射强、气温高,太阳热水器产热水量大、温度高,所产的高温热水往往用不完。

这种情况在南方每年大约有6～8个月时间,在北方也有4～6个月。

利用这些用不完的热水来实现制冷空调是一个更加理想的方案。

为了证明太阳能空调应用的可行性,我们在广东省江门市建成了我国首座大型实用性太阳能空调系统,并于1998年6月投入运行[2]。

该系统以500m2平板太阳能集热器为600m2的办公楼提供空调。

江门太阳能空调系统取得成功,不仅证明了利用太阳热水器实现制冷空调的可行性,技术上使普通的太阳热水系统与太阳能空调系统“接轨”,同时还开辟了太阳热水器一个更新、更广的应用领域。

性能良好的太阳能集热器是太阳能空调的关键技术设备之一。

目前成熟的太阳能集热器主要有平板集热器、全玻璃真空管集热器和热管式真空管集热器。

平板集热器以其简单价廉和安装方便在全世界都获得广泛的应用,在我国南方也占主导地位。

但平板集热器在高温段热效率偏低,表面热损大,用于太阳能空调还不够理想。

为此,我们研究、设计了一种高效平板集热器方案,成本只比普通的平板集热器略高一点,把它应用到江门太阳能空调系统中。

结果证明,这种高效的平板集热器完全能满足太阳能制冷空调的要求。

1高效平板集热器技术方案提高平板集热器效率一方面要减小热损,另一方面要增加得热。

平板集热器检验标准

文件编号：1 范围本标准适用于平板集热器的检验。

2 引用标准（外委检测、签定合同执行标准）GB/T 6424-2007 平板型太阳集热器技术条件GB/T 4271-2007 平板型太阳集热器热性能试验方法GB/T 5237-2000 铝合金建筑型材EN 12975-1:2006 太阳能集热系统（部件）——太阳能集热器的一般要求EN 12976-2:2006 太阳能集热系统（部件）——试验方法3 技术要求3.1 外观3.1.1 集热器外表面不允许有任何污渍的现象。

3.1.2 盖板与壳体密封完好，缝隙处全部有胶密封，且不得有多余的胶外露，玻璃无划痕；3.1.3 吸热板色泽一致且有一定光泽，膜层无脱落；3.1.4 边框组装两边框接缝处不允许有起级（错位）的现象；边框四角缝隙应打好玻璃胶，以免雨水渗漏；3.1.5 边框集管孔安装好防雨密封圈，密封圈不可有装反、顶翻的现象；3.1.6 板芯在壳体体中安装平整、间隙均匀；3.1.7 框架表面不允许有划痕、划伤、硌伤。

3.2 热性能：F R·(τ·a)不低于0.68；F R·U L不高于6.0 W/(m2·K)；测试依据GB/T 4271其中：FR 为热转移因子(<1)；τ为透明盖板的太阳透射比；U L 为总热损系数；a 为吸热体的太阳吸收比。

3.3空晒：无变形、无开裂及任何损坏；测试执行GB/T 6424。

3.4内通热水冲击：无变形、无泄漏、无破裂及其它损坏，测试执行GB/T 6424。

3.5闷晒：应无泄漏及明显变形，测试执行GB/T 6424。

3.6内通水热冲击：应无泄漏、无变形、无破裂或其他损坏，测试执行GB/T 6424。

3.7外淋水热冲击：应无明显变形及其他损坏，集热器进水后.对热性能不产生严重障碍，测试执行GB/T 6424。

3.8淋雨：应无渗水和破坏，测试执行GB/T 6424。

3.9强度：应无损坏及明显变形，应不与吸热体接触；测试执行GB/T 6424。

平板式太阳能热水器研究报告_王怀书_冯乐乐(1)

图 1 太阳能平板集热器结构示意图
如图 1，我们设计的平板型集热器由 5 个部分组成：（1）吸热体，采用耐腐蚀铝合金型材做腔板，表面涂有高吸收率复合涂料，将吸收的太阳辐射能传给腔体内的工作流体。芯板的发射率为 p 0.90 ，吸收涂料的吸收率为 0.95 ；
（2）盖层，采用 4.2mm 厚的平板玻璃用以减少对流和辐射损失，玻璃板的发射率为 g 0.86 ，透过率为 0.87 ；（3）保温层，采用聚氨酯绝热材料，以减少通过集热器底板和边框的导热损失；（4）工质及流动通道，使工质与吸热体发生热接触，查阅资料后设定努塞尔数为 Nu 4.52 ，流体与腔壁的对流换热系数为 h f 191.5W / (m2 K ) （5）支架及框架，其中边框采用普通铝合金，底板采用不锈钢板。
二、系统能量分析
1. 能量平衡根据图 1，易得平板型集热器吸热体的能量平衡方程为：
QA Qu QL
（1）
其中，QA 为吸热体接收的太阳辐射； Qu 为工质获得的有效热； QL 为吸热体的热损失。热损失在实际工程中常表示为：
QL Qb Qs Q f
（2）
其中， Qb 为集热器背面热损失，W； Qs 为集热器侧面热损失，W； Q f 为集热器正面热损失，W。 2. 能量损失平板型集热器的热损失 QL 可以表示为：
k As 。由于我们设计的平板型集热器很薄，侧面又有较厚的保温材料，根 t Ac
据此式，在实际计算时显然可以忽略侧面的热损失。（3）正面热损根据书上的讲述，求得正面热损系数 U f 需要进行一系列的迭代计算。通过查阅资料，我们发现可以用 Klein 提出的经验公式进行估算。我们取吸热板的温度为 45

阳台集热器荷载计算(十级风)

阳台集热器荷载计算五星公司阳台集热器共有三款型号，80升，100升和120升，在此以120阳台集热器为例进行荷载的安全计算，校核。

120升阳台集热器采用的平板集热器面积为2.3m²，其尺寸为2800×820×95mm，采用下述支架，支架孔距为540mm，支架间距为1700mm。

集热器净重40Kg。

采用M12的膨胀螺栓4个，集热器及支架固定装置设计是按抗10级风要求进行的，且经过国家有关部门检测及多年市场应用验证，该结构设计合理，承重力强，达到抗10级风要求，故在阳台集热器载荷分析中只对集热器支架在墙上的固定进行计算、校核。

一、固定膨胀螺栓剪力计算：（1）集热器自重为F1=40 Kg(2) 作用在集热器上的风荷载标准值按下式计算：0w w z s z k μμβ=式中：kw ——风荷载标准值，（kN/m2）；z β——高度z 出的风振系数；取2.25 s μ——风荷载体型系数；取1.5z μ——风压高度变化系数；取0.94w ——基本风压，（kN/m2）。

按十级风取0.50 KN/m 2计算为：kw =2.25×1.5×0.94×0.50=1.586 KN ／m 2 垂直方向最大风荷载的数值计算：风荷载按垂直于集热器：F 2=1.586×2.8×0.82=3.641 KN =364.1Kg其竖向分力为：364.1×cos15=364.1×0.966=351.72 Kg 集热器膨胀螺栓的剪力为F 1+F2=391.72Kg 单个膨胀螺栓的剪力为391.72/4=97.93 Kg 二、膨胀螺栓的抗拔力计算：最大拉拔力发生在最下面的两个螺栓，根据力矩平衡计算拉拔力， F 3=364.1×820/720 =414.67 Kg 单个螺栓的拉拔力为: 414.67/2=207.33 Kg 三、膨胀螺栓规格膨胀螺栓受力性能四、结论阳台集热器安装使用的膨胀螺栓为M12×105，钻孔直径为16mm，埋深为65mm,其拉力的允许值为：锚固在75#砖砌体上为440公斤，锚固在150#混凝土上为1060公斤，以上数值远大于膨胀螺栓受到的拉力207.33公斤，故抗拉力是安全的。

不同安装角度下平板集热器阳台壁挂式太阳能热水系统性能分析

2.1 平板太阳能集热器介绍平板太阳能集热器是指吸热体结构基本为平板形状的太阳能集热器。它具有结构简单，维护方便，集热效率
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2019 年 06 月
S olar heater 太阳能热水工程
高，使用寿命长，可利用直射和散射太阳光等优点。它可用于产生 40 ～ 80℃中等温度的热水，也可用于空气加热。
透明盖板（钢化玻璃）
吸热带（高选择性涂层）
少，会导致太阳能热水系统产生得热量不足，造成水箱温度不高等问题。
针对这两种不同安装方式下，对太阳能热水系统热性能造成的不同程度影响如何，我们将进行实际测试和理论分析研究。
研究前，我们将先建立 2 个实验测试模型，即为：系统 1 和系统 2。系统 1 和系统 2 所采用的系统模式、集热器类型、集热面积、储热水箱结构、容量，安装管道材质、长度、测试条件环境等情况完全相同。不同之处在于：系统 1 和系统 2 都采用的平板型太阳能安装的倾斜角度不同。系统 1 为集热器与建筑南立面墙呈 28°夹角。系统 2 为集热器与建筑南立面墙呈 0°夹角。如图５、图６所示。
1. 研究背景
阳台壁挂太阳能系统作为高层住宅的一种清洁能源解决方案得到了普及，现有的阳台壁挂式太阳能热水系统在安装时为保证系统的效率要求集热器必须与建筑立面有 15~30°的倾角，而集热器在建筑立面上倾斜安装，会影响到整个建筑的外观，并且会对下层住户的采光造成一定影响，降低住宅使用舒适性。现在高端楼盘对建筑立面的效果要求越来越高，亟需解决壁挂太阳能与建筑完美结合问题。而集热器垂直安装、嵌入建筑的南立面是一种有效的解决方案。我们对垂直安装与倾斜安装的太阳能热水系统热效率、日有用的热量、水箱温升等进行了研究。
S olar heater 太阳能热水工程