平板太阳能集热器和真空管太阳能集热器
太阳能辅助供热系统的设计与效益分析

太阳能辅助供热系统的设计与效益分析引言:太阳能作为一种清洁、可再生的能源,近年来越来越受到人们的重视。
太阳能辅助供热系统是利用太阳能热能将其转化为热水或者蒸汽,从而为供热系统提供能源。
本文将从工程专家和国家建造师的角度,对太阳能辅助供热系统的设计与效益进行分析。
一、太阳能辅助供热系统的设计1. 太阳能热能收集装置的选择:太阳能热能收集装置主要包括平板集热器和真空管集热器两种。
平板集热器适用于中高温太阳能辅助供热系统,而真空管集热器适用于低温太阳能辅助供热系统。
设计者需要根据具体的项目需求选择合适的热能收集装置。
2. 热能传输与储存系统的设计:太阳能热能需要传输和储存,以保证供热系统在夜晚或者阴天也能正常运行。
热能传输系统一般使用导热液(如水或者其它工质)来传输热能,而储存系统则需要考虑能量的储存容量和热损失等因素。
设计者需要合理设计传输和储存系统,以提高整个供热系统的效率。
3. 辅助设备的选配与能量转换:太阳能辅助供热系统通常需要配备辅助设备,如水泵、阀门、传感器等。
设计者需要根据具体情况选择合适的辅助设备,并进行能量转换的考虑。
例如,太阳能热能转化为热水后,还需要通过水泵将热水输送到供热系统中,设计者需要合理选配水泵的功率和流量,以确保系统运行的顺畅。
二、太阳能辅助供热系统的效益分析1. 环境效益:太阳能辅助供热系统的运行不会产生二氧化碳等有害气体,对环境污染较小,符合可持续发展的理念。
使用太阳能供热系统可以减少对传统能源的依赖,降低能源消耗和环境负荷。
2. 经济效益:虽然太阳能辅助供热系统的建设和维护成本较高,但由于太阳能是免费的,供热系统在运行中能够节约燃料费用。
同时,在一些有政府补贴政策的地区,使用太阳能辅助供热系统可以享受到一定的财政补助,进一步增加经济效益。
3. 能源效益:太阳能是一种清洁的能源,利用太阳能进行辅助供热可以使供热系统的能源消耗减少,提高系统的能源效率。
太阳能辅助供热系统可利用太阳能逐渐提高供热系统的热水温度,使整个供热系统的工作效率得到提高。
太阳能热水系统的设计与安装

太阳能热水系统的设计与安装引言太阳能热水系统是一种利用太阳能将热能转换为热水的环保能源系统。
它可以有效减少传统能源的消耗,降低家庭能源开支,对环境友好。
本文将介绍太阳能热水系统的设计与安装过程,包括系统的组成部分、设计原理和安装方法。
太阳能热水系统的组成部分太阳能热水系统主要由以下几个组成部分构成:1. 太阳能集热器太阳能集热器是太阳能热水系统的核心组件,负责将太阳能转换为热能。
常见的太阳能集热器有平板式和真空管式两种。
平板式太阳能集热器由多个玻璃板和铜管组成,太阳能热水系统通过集热板的吸热管将太阳能转化为热能。
真空管式太阳能集热器由玻璃管和吸热管组成,内部采用真空技术,可以更高效地转换太阳能。
2. 热水储存罐热水储存罐用于储存太阳能转换而来的热水。
根据家庭需求和太阳能集热器的容量,热水储存罐的容量可以有所不同。
常见的热水储存罐有垂直式和水平式两种,可以根据实际情况选择合适的类型。
3. 管路系统管路系统负责连接太阳能集热器、热水储存罐和家庭用水设施。
管道材料通常选用耐高温和耐腐蚀的材料,如不锈钢或铜管。
管路系统的设计需要考虑水流速度、压力损失等因素,以保证热水的正常供应。
4. 控制系统控制系统包括温度控制器、泵和阀门等。
温度控制器用于控制太阳能集热器和热水储存罐之间的热水循环,保证系统的正常运行。
泵负责将热水从太阳能集热器传输到热水储存罐,阀门用于控制流量和防止逆流。
太阳能热水系统的设计原理太阳能热水系统的设计原理主要由太阳能的收集和热水的储存组成。
下面将详细介绍太阳能热水系统的设计原理。
1.太阳能的收集太阳能集热器通过集热板或真空管将太阳能转化为热能。
太阳能集热器表面的玻璃板或玻璃管可以吸收太阳辐射的能量,将其转化为热能。
吸热管内的介质(如水或液体)会被加热,形成热水。
2.热水的储存热水储存罐用于储存太阳能转换而来的热水。
当太阳能集热器产生热水时,泵将其输送到热水储存罐中进行储存。
热水储存罐的保温层可以减少热量损失,保持热水的温度。
真空管型集热器与平板型集热器效率分析

Papersechnical 论文论述T5T y海尔热水器有限公司太阳能科研所刘桂永真空管型集热器平板型集热器效率分析现阶段我国太阳能集热器主要有平板集热器和真空管集热器两种,很多人认为真空管内抽真空,所以防冻性能好,热效率高;高硼硅特硬玻璃3.3硬度大、表面光洁度高,不易结垢。
而平板集热器则热效率低、易结垢、易冻坏。
然而事实并不是人们想像的那样。
本文如下阐述和计算主要参考的国家标准有:G B/T 4271-2007《太阳能集热器热性能试验方法》;G B/T 17581-2007《真空管型太阳能集热器》;G B /T 6424-2007《平板型太阳能集热器》;G B /T 19141-2003《家用太阳能热水系统技术条件》;G B 12936.2-91《太阳能热利用术语第二部分》。
1基于国标规定对比分析真空管型集热器与平板型集热器的瞬时效率①无反射器的真空管型太阳能集热器的瞬时效率截距根据国标GB/T 17581规定不低于0.62,此处取0.62;总热损系数不大于3.0W/(m 2℃),此处取3.0W/(m 2℃);以此得出无反射器真空管集热器的瞬时效率曲线如图1:图1真空管集热器瞬时效率曲线(GB/T 17581)依据G B T ,集热器采光面积计算方法如下:图2GB/T 4271规定的集热器采光面积计算方法②根据国标G B/T 6424规定,平板型集热器的瞬时效率截距不低于0.72,总热损系数不大于6.0W/(m 2℃),以此得出的瞬时效率曲线如图3:图3平板集热器瞬时效率曲线(GB/T 6424)③根据国标GB/T 6424和G B/T 17581规定,平板型集热器和真空管集热器的瞬时效率截距对比曲线如图4:图4平板集热器和真空管集热器瞬时效率对比曲线小结:交叉点纵坐标数值为5,横坐标数值约为3;也就是说,当(-)/G=0.0317时,两种集热器瞬时效率相等,试验中G 的大小为700W ±50W ,则:(ti -ta )=0.0317×700=22.19℃。
平板集热器与真空管集热器的对比

平板--真空管之对比浅谈1.热性能技术太阳能集热器按集热温度基本上可分为三大类,即低温(100摄氏度以下),中(_zhong1)温(100~200摄氏度)和高温(200摄氏度以上)。
平板集热器适用于低温范围,真空管集热器比较适用于中、高温范围,低温也可以使用,但却无法发挥其上风。
目前中国太阳能热水器的主要用处是洗浴和生活用热水,其水温要求一般低于60摄氏度,平板集热器有较好的效率个性。
当水温大于60摄氏度时,真空管集热器效率个性得到很好的发挥。
2.有效采光面积无论是平板集热器还是祖空管集热器都是通过有效采光面积而获得太阳的能量,因此在同样大的集热器外轮廊面积条件下,其有效采光面积越大,则获得的太阳能越多,反之则越少。
3.有效热水量太阳能热水器的有效热水量是指太阳能系统天天能获得多少有效热水,要求热水能放出来使用,称之为有效热水,放不出来的热水是无效的,平板系统和真空管体统的有效热水量也有很大差别的;平板系统有效热水量大于真空管系统。
4.承压性能平板热水器属于金属管之间的链接,完全能满足承压系统的要求,但通常的真空管集热器热水系统,由于真空玻璃管与联箱或水箱联系解释采用硅橡胶密封圈进行链接,一般无法满足承压系统的要求,一旦系统压力较大时,真空管与密封圈靠摩擦的结协力难以抵抗系统压力,迫使管子向外移动或滑落。
5.防结垢、防冻结性能太阳能热水器及其系统在北方使用一项种要性能是如何防止结垢和防冻结,由于它是进步使用寿命,减少维修用度的种要举措。
平板集热器在北方运行轻易结冰造成冻结,因此我国尽大多数平板集热系统采用回流排空技术,也可以采用双循环(亦称间接系统或二次系统)从基本上解决系统的防冻结题目。
为此国外发达国家(如澳大利亚的solarhart公司)太阳能集热器尽大多数均采用双循环系统。
平板集热器最适用双循环系统,而普通的真空管集热器由于承压理想,不太适合采用双循环系统。
由于我国太阳能热水系统尽大多数用于洗浴水温一般低于60摄氏度,结垢现象均不严重,但是集热器内的悬浮颗粒物如何消除应予以关注。
真空管太阳能集热器

真空管太阳能集热器东盛环保工程有限公司提供一、真空管集热管的结构及组成真空管太阳能集热器的结构:分内外管,内管内壁有水银涂层,内管外壁有吸热涂层,内外管之间是真空层;外管是透明的玻璃,内外管均采用高硬度的高硼硅玻璃;一端有进出口,另一端封闭。
二、真空管技术参数目前集热效果的最好的是AL---N/AL真空溅射选择性镀膜,利用该涂层的玻璃真空管,其吸收率≥0.93;红外发射率ε≤0.6;平均热损Uct0.9W/㎡℃;真空度P≤5×10ˉ3pa,采用性能高硼硅3.3特硬玻璃制造。
三、真空管与平板太阳能的区别下面将从11个方面来分析目前我国平板热水器与真空管热水器的技术分析与对比。
从而全面分析集热器热性能优缺点:1.市场占有率的比较目前,我国太阳能应用最为普及的是真空管太阳能与平板太阳能两种形式。
云南省是最早普及太阳能的省份,也是平板太阳能应用最早最广泛的地区,在九十年代,其他省份的老百姓还不认识太阳能为何物时,云南已非常普及。
八十年代与九十年代,云南省处处都是平板太阳能,而到了九九年后由于气候等因素的制约,生产工艺性要求,性能适应性条件等,导致真空管飞速发展,目前的比例为:平板太阳能占5%;真空管太阳能占95%。
3.承压能力的比较平板太阳能集热器构件为金属材料组成,集热器与热水箱之间的连接件也采用金属零部件,因而集热器与连接件都能承受一定的压力,实验压力可达0.8MPa,即承压≥0.6MPa。
而真空管集热器的构件主要为玻璃耐压0.15Mpa。
4.防冻与抗冻性能:平板集热器由于板芯为金属板芯,其板芯内均为较小的毛细管道,且板芯与外界环境温度直接联通,故气温较低时容易结冰,抗冻性能较差;而真空管太阳能由于真空管为暖水瓶结构,管子外壁与内壁之间为真空状态,管子内水在较低气温下也不易结冰;5.结垢:平板太阳能集热过程主要通过金属板芯内毛细水管吸热,故容易在此过程中水与热金属(铝管或铜管)接触后产生水垢,并且根据平板集热器结构当水在毛细水管中结构后是无法清洗排除,故平板太阳能热水器使用寿命远远低于真空管热水器;而真空管热水器集热器均为玻璃管,水在玻璃管中吸收热量,在此过程中水与玻璃接触并不容易产生水垢,就像日常生活中,金属茶壶烧水容易产生水垢,而暖水瓶不容易产生水垢,且在产生水垢后,水垢与玻璃的亲和力较小,暖水瓶中水垢较容易倒出。
太阳能热水器集热原理

太阳能集热原理太阳能热水器把太阳光能转化为热能,将水从低温度加热到高温度,以满足人们在生活、生产中的热水使用。
太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器,目前真空管式太阳能热水器为主,占据国内95%的市场份额。
真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成,把太阳能转换成热能主要依靠集热管。
集热管利用热水上浮冷水下沉的原理,使水产生微循环而达到所需热水。
一、吸热过程太阳辐射透过真空管的外管,被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。
管内的水吸热后温度升高,比重减小而上升,形成一个向上的动力,构成一个热虹吸系统。
随着热水的不断上移并储存在储水箱上部,同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复,最终整箱水都升高至一定的温度。
而平板式热水器,一般为分体式热水器,介质在集热板内因热虹吸自然循环,将太阳辐射在集热板的热量及时传送到水箱内,水箱内通过热交换(夹套或盘管)将热量传送给冷水。
介质也可通过泵循环实现热量传递。
二、循环管路家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作,没有外在的动力。
真空管式太阳能热水器为直插式结构,热水通过重力作用提供动力。
平板式太阳能热水器通过自来水的压力(称为顶水)提供动力。
而太阳能集中供热系统均采用泵循环。
由于太阳能热水器集热面积不大,考虑到热能损失,一般不采用管道循环。
三、顶水式使用过程平板式太阳能热水器为顶水方式工作,真空管太阳能热水器也可实行顶水工作的方式,水箱内可以采用夹套或盘管方式。
顶水工作的优点是供水压力为自来水压力,比自然重力式压力大,尤其是安装高度不高时,其特点是使用过程中水温先高后低,容易掌握,使用者容易适应,但是要求自来水保持供水能力。
顶水工作方式的太阳能热水器比重力式热水器成本大,价格高。
太阳能热水器分类就其结构来说,大体可分为以下几类:1、从集热部分来分:1)玻璃真空管太阳能热水器可细分为全玻璃真空管式、热管真空管式、U型管真空管式。
太阳能集热原理
太阳能集热原理
太阳能集热原理是利用太阳辐射能源的一种方法,通过收集和转化太阳辐射的热能来产生热水、发电等。
太阳能集热系统主要由集热器、传热介质、储热器和利用装置组成。
集热器是太阳能集热系统的核心部件,它可以将太阳辐射能转化为热能。
常用的太阳能集热器有平板式、真空管式和聚光式等。
平板式集热器由黑色吸热层覆盖的板材组成,能吸收太阳辐射并转化为热能。
真空管式集热器由玻璃管内置管道和吸热层组成,具有更高的热转换效率。
聚光式集热器是利用反射镜将太阳辐射聚焦到集热器上的一种方式,能集中吸收太阳能并转化为极高的热能。
传热介质一般是通过管道与集热器连接,并将集热器中吸收的热能传递到储热器中。
常用的传热介质有水、油等,在系统中形成一个闭合的循环。
储热器用于存储集热器所吸收的热能。
其主要作用是在太阳不直接照射时,能够储存热能以供后续使用。
储热器一般采用保温材料进行外包覆,以减少热量的散失。
利用装置是太阳能集热系统的最终目的。
根据实际应用需求,利用装置可以是直接用于供暖、制冷水等家居用途,也可以是发电系统中的发电设备。
通过太阳能集热原理,可以充分利用太阳能资源,减少能源消
耗,降低环境污染。
尤其在地处日照充足地区,太阳能集热系统能够为人们提供持续稳定的能源供应,具有广泛的应用前景。
太阳能供热水系统的设计原理
太阳能供热水系统的设计原理太阳能供热水系统的设计原理太阳能供热水系统是一种利用太阳能热能将水加热的设施。
它由太阳能集热器、水箱、管路和控制阀组成。
其原理是通过太阳能集热器采集太阳热能,将其通过管路输送至水箱中,实现水的加热。
太阳能集热器是太阳能供热水系统的核心设备。
它一般分为平板式和真空管式两种。
平板式太阳能集热器利用铜板或铝板将太阳热能吸收并转化为热能,然后通过集热器内的管路向水箱输送热能。
真空管式太阳能集热器则利用空气在真空管内的热对流传导原理实现太阳热能的采集。
真空管式太阳能集热器的效率更高、占地面积更小,但价格较平板式更高。
水箱是太阳能供热水系统中的储水设备,一般分为内胆式水箱和外置式水箱两种。
内胆式水箱的内胆使用不锈钢或钛合金制成,具有优良的保温和防腐性能。
外置式水箱则在水箱和外界之间设有一个保温层,使得水在长时间内也能保持一定温度。
管路是太阳能供热水系统中的输送热能的设备。
一般由金属管和聚氨酯泡沫制成的保温管组成。
通过管路将太阳能集热器采集的太阳热能输送至水箱,以实现水的加热。
控制阀是太阳能供热水系统中的重要部件,通过控制阀可以实现系统的启动和停止。
控制阀一般设置在太阳能集热器和水箱之间,通过控制管路的通断实现热能的输送和停止。
总的来说,太阳能供热水系统的设计原理是通过太阳能集热器采集太阳热能,然后通过管路输送至水箱,实现水的加热。
运用先进的技术和设备,太阳能供热水系统在实现热能的收集和利用的同时,也实现了对环境的保护,越来越受到广泛的应用和推广。
太阳能集热器的选型
太阳能集热器的选型Abstract:An Introduction of the advantages and disadvantages of the flat plate solar concentrator, the glass vacuum tube solar concentrator and the heat pipe solar concentrator, comprehensively evaluating the different kinds of the solar concentrator.Key words: solar concentrator, type selection and comparison, comprehensive evaluation摘要:对目前常用的平板型、玻璃真空管型及热管型等太阳能集热器的优缺点进行了介绍,并对各种太阳能集热器进行了综合比较。
关键词:太阳能集热器,选型比较,综合评价1各种太阳能集热器的特点和应用范围太阳能集热器的类型主要有:平板型太阳能集热器、真空管型太阳能集热器两大类。
每一大类太阳能集热器又分多种品种,每一种的太阳能集热器各有其特点和应用范围。
1.1平板型太阳能集热器类平板型太阳能集热器俗称平板集热器,其基本结构由透明盖板、吸热板、保温层和外壳组成。
其工作原理为:当太阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收涂层的吸热板上时,吸热板吸收太阳的辐射能,将其转换成热能,并将热能传给吸热板流道内的工质,使流道内的工质温度升高;从集热器进口进入吸热板的较低温度的工质,在吸热体流道内被加热升温后,从集热器出口流走,并将有用的热能带走;与此同时,吸热板温度升高,透过透明板和外壳向周围环境散失热能,为减少散热,在平板太阳集热器底部和边框四周填充保温材料。
平板集热器的主要热损失是吸热板和透明盖板之间的空间存在空气对流换热损失。
减少这部分热损失的最有效措施是将其间的空气抽去,形成真空。
平板型太阳能热水器类型
平板型太阳能热水器类型按平板型集热器吸热板的结构不同,可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圆管式和热管式。
按水的循环方式不同,可分为:自然循环、强迫循环、定温放水三种。
按平板型集热器聚光方式不同,可分为:聚光型和非聚光型。
按平板型太阳能热水器使用市场不同:家用市场和工程市场两大类型。
编辑本段平板型太阳能热水器结构平板型太阳能热水器由透明盖板、隔热材料、吸热板、外壳等几部分组成。
1. 吸热板也称吸热芯板,是吸收太阳辐射能并向水传递热量的部件。
(1)技术要求是有一定的承压能力,与水的相容性好,热工性能优良,加工工艺简单,成本合理。
常用材料是铜、铝合金、不锈钢、镀锌板、沿海水质较差的地方,也有用塑料或玻璃钢等材料。
(2)选择性涂层:为增加吸热板的热性能,往往在金属表面喷刷涂层。
涂层分选择性涂层和非选择性涂层两种。
2. 盖板(1)盖板的作用吸热板上表面需有盖板,要求它能透过可见光而不透过远红外线,这就使得进去的能量大于散失的能量,从而提高吸热板的温升,通常称盖板的这种作用为温室效应。
(2)盖板的技术要求高全光透射比、冲击强度高、良好的耐侯性能、绝热性能好、加工性能好。
3. 保温层(1)作用保温层的作用是减少集热器向四周环境的散热,以提高集热器的热效率。
(2)要求保温层的要求是保温性能好,即材料的热导率小,要求不大于0.055W/(m*℃),不易变形或挥发,不产生有毒气体、不吸收。
(3)材料保温层的材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯、聚氨酯发泡塑料等。
4. 外壳保温层外壳的作用是将吸热板、盖板、保温材料组成一个整体,因此它应有一定的刚度和强度,并便于安装。
其材料一般用钢板、铝型材、玻璃钢或塑料。
为了确保外壳的使用寿命,有些外壳表面需进行喷涂处理。
一般涂层要求薄而均匀,有较强的附着力和抗老化性能,耐湿热,不生锈。
此外,表面要美观、无扭曲、污垢和伤痕。
编辑本段捷森平板太阳能热水器的产品优势如下:1. 流线型设计:分体安装,流线型的设计造型更优美,使得平板太阳能热水器成为屋顶一道亮丽的风景线,避免了其他太阳能所造成的视觉污染,实现了建筑一体化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1.平板型系统与真空管型系统太阳能热水器是我国利用太阳能最成功的项目,随着节能减排的趋势加强,太阳能热水器将会得到进一步推广。
在我国的太阳能热水器市场,我们不得不提到平板式太阳能热水器和真空管太阳能热水器,这两种太阳能热水器代表着现在和未来太阳能热水器的发展趋势。
太阳能热水器分类和市场占有率常见太的阳能热水器有三大类:平板热水器、真空管太阳能热水器、其它类型(包括热管真空管热水器、闷晒太阳能热水器、真空管闷晒热水器等)太阳热水器。
国内市场三种产品平板、真空管和其它产品分别约占20%、65%、15%;而国际市场现状是:平板、真空管和其它产品市场份额分别约占85%、8%、7%。
真空管太阳能热水器主要优势在于造价便宜,这是太阳能热水器得以普遍推广的重要原因,特别是在广大农村地区,真空管太阳能热水器满足了用户低成本消费,所以真空管太阳能热水器占据了我国大部分市场。
而平板式太阳能热水器在技术上已经拥有绝对的优势,这种更加高效节能的太阳能热水器将逐渐取代真空管太阳能热水器,成为时代的主流。
太阳能热水器性能比较常用热水器性能比较,在低温热水(60℃)需求下,基于总面积的三种类型热水器效率差别不大,而基于吸热体面积时,平板热水器相比则有高大25%以上的优势。
作为一般的太阳能热水工程,最好的选择是使用平板式热水器(热性能报告取自瑞士SPF测试中心网站公布测试报告)。
众所周知,热水器效率方程基于不同参考面积,热水器效率方程中各参数不同,差别比较大。
作为生产商,一般需给出热水器的总面积(占地面积)、采光面积、吸热器面积三个数据,供设计选型。
基于吸热器面积,一般真空管热水器略高,但由于其结构使然,其总面积一般也大,基于总面积时,平板式热水器效果最好,瞬时效率相比高50%以上,热水器总面积决定了可安装热水器数量,所以,比较起来,为达到同样效果,需要平板热水器数量最少,投资回报最好。
平板式太阳能热水器和真空管太阳能热水器系统比较太阳能热水器热效率:平板较高52.5%,真空管较低47%。
太阳能热水器价格:平板较高,真空管较低。
太阳能热水器承压性:平板式可承压,使淋浴方便,真空管不承压,易破碎。
太阳能热水器结水垢:平板式热水器可排污,不易结垢,真空管下端密封,易结垢,降低热效率。
太阳能热水器耐用性:平板式强度高,耐用,不会爆管,下冰雹时有盖板玻璃保护,真空管会碰坏,停水后,热的真空管突然补充冷水易爆管,下冰雹时直接损害真空管本身。
热效率值为1994-1997年全国测试平均值。
平板式热效率较高的原因是:真空管受热面不完全,而且管与管之间还要留出施工安装间隙。
从上面比较分析中可以看到,平板式太阳能热水器比真空管太阳能热水器要先进的多,伴随着经济的发展以及节能的需求,我国太阳能热水器会逐渐向平板式太阳能热水器过度,达到国际先进的太阳能热水器节能标准1.1平板型系统随着全球大力开展节能建筑的同时,平板太阳能逐渐取代真空管太阳能,成为节能建筑核心组成部分。
平板太阳能集热器外形美观、布局合理,是实现太阳能与建筑一体化的最大功臣。
平板太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置,它是一种特殊的热交换器,集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。
平板型太阳能集热器是太阳能集热器中的一种类型。
是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。
在加接循环管道,保温水箱后,即成为能吸收太阳辐射热,使水温升高。
1.1.1平板太阳能集热器工作原理平板太阳能集热器的基本工作原理十分简单。
概括地说,阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上,其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收,转变为热能,并传向流体通道中的工质。
这样,从集热器底部入口的冷工质,在流体通道中被太阳能所加热,温度逐渐升高,加热后的热工质,带着有用的热能从集热器的上端出口,蓄入贮水箱中待用,即为有用能量收益。
与此同时,由于吸热体温度升高,通过透明盖板和外壳向环境散失热量,构成平板太阳集热器的各种热损失。
1.1.2吸热板吸热板是平板型太阳能集热器内吸收太阳辐射能并向传热工质传递热量的部件,其基本上是平板形状。
1.1.2.1吸热板的结构形式在平板形状的吸热板上,通常都布置有排管和集管。
排管是指吸热板纵向排列并构成流体通道的部件;集管是指吸热板上下两端横向连接若干根排管并构成流体通道的部件。
吸热板的材料种类很多,有铜、铝合金、铜铝复合、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等。
吸热板有如下主要结构形式。
(1)管板式。
管板式吸热板是将排管与平板以一定的结合方式连接构成吸热条带,然后再与上下集管焊接成吸热板。
这是目前国内外使用比较普遍的吸热板结构类型。
武汉市太阳能研究所于1986年从加拿大引进一条具有国际先进水平的铜铝复合太阳条生产线,使我国平板型集热器技术跨上一个新的台阶。
该项技术是将一根铜管置于两条铝板之间热碾压在一起,然后再用高压空气将它吹胀成型。
铜铝复合太阳条的优点:热效率高,热碾压使铜管和铝板之间达到冶金结合,无结合热阻;水质清洁,太阳条接触水的部分是铜材,不会被腐蚀;保证质量,整个生产过程实现机械化,使产品质量得以保证;耐压能力强,太阳条是用高压空气吹胀成型的。
近年来,全铜吸热板正在我国逐步兴起,它是将铜管和铜板通过高频焊接或超声焊接工艺而连接在一起。
全铜吸热板具有铜铝复合太阳条的所有优点:热效率高,无结合热阻;水质清洁,铜管不会被腐蚀;保证质量,整个生产过程实现机械化;耐压能力强,铜管可以承受较高的压力。
(2)翼管式。
翼管式吸热板是利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有翼片的吸热条带,然后再与上下集管焊接成吸热板。
吸热板材料一般采用铝合金。
翼管式吸热板的优点:热效率高,管子和平板是一体,无结合热阻;耐压能力强,铝合金管可以承受较高的压力。
缺点:水质不易保证,铝合金会被腐蚀;材料用量大,工艺要求管壁和翼片都有较大的厚度;动态特性差,吸热板有较大的热容量。
(3)扁盒式。
扁盒式吸热板是将两块金属板分别模压成型,然后再焊接成一体构成吸热板,吸热板材料可采用不锈钢、铝合金、镀锌钢等。
通常,流体通道之间采用点焊工艺,吸热板四周采用滚焊工艺。
扁盒式吸热板的优点:热效率高,管子和平板是一体,无结合热阻;不需要焊接集管,流体通道和集管采用一次模压成型。
缺点:焊接工艺难度大,容易出现焊接穿透或者焊接不牢的问题;耐压能力差,焊点不能承受较高的压力;动态特性差,流体通道的横截面大,吸热板有较大的热容量;有时水质不易保证,铝合金和镀锌钢都会被腐蚀。
(4)蛇管式。
蛇管式吸热板是将金属管弯曲成蛇形,然后再与平板焊接构成吸热板。
这种结构类型在国外使用较多。
吸热板材料一般采用铜,焊接工艺可采用高频焊接或超声焊接。
蛇管式吸热板的优点:不需要另外焊接集管,减少泄漏的可能性;热效率高,无结合热阻;水质清洁,铜管不会被腐蚀;保证质量,整个生产过程实现机械化;耐压能力强,铜管可以承受较高的压力。
缺点:流动阻力大,流体通道不是并联而是串联;焊接难度大,焊缝不是直线而是曲线。
1.1.2.2吸热板上的涂层为了使吸热板可以最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能,在吸热板上应覆盖有深色的涂层,这称为太阳能吸收涂层。
太阳能吸收涂层可分为两大类:非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。
非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层;选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。
一般而言,要单纯达到高的太阳吸收比并不十分困难,难的是要在保持高的太阳吸收比的同时又达到低的发射率。
对于选择性吸收涂层来说,随着太阳吸收比的提高,往往发射率也随之升高;对于通常使用的黑板漆来说,其太阳吸收比可高达0.95,但发射率也在0.90左右,所以属于非选择性吸收涂层。
选择性吸收涂层可以用多种方法来制备,如喷涂方法、化学方法、电化学方法、真空蒸发方法、磁控溅射方法等。
采用这些方法制备的选择性吸收涂层,绝大多数的太阳吸收比都可达到0.90以上,但是它们可达到的发射率范围却有明显的区别。
从发射率的性能角度出发,上述各种方法优劣的排列顺序应是:磁控溅射方法、真空蒸发方法、电化学方法、化学方法、喷涂方法。
当然,每种方法的发射率值都有一定的范围,某种涂层的实际发射率值取决于制备该涂层工艺优化的程度。
1.1.3透明盖板透明盖板是平板型集热器中覆盖吸热板、并由透明(或半透明)材料组成的板状部件。
它的功能主要有3个:一是透过太阳辐射,使其投射在吸热板上;二是保护吸热板,使其不受灰尘及雨雪的侵蚀;三是形成温室效应,阻止吸热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热。
1.1.3.1透明盖板的材料用于透明盖板的材料主要有两大类:平板玻璃和玻璃钢板。
但两者相比,目前国内外使用更广泛的还是平板玻璃。
(1)平板玻璃。
平板玻璃具有红外透射比低、导热系数小、耐候性能好等特点,在这些方面无疑是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。
然而,对于平板玻璃来说,太阳透射比和冲击强度是两个需要重视的问题。
我国目前常用的透明盖板材料是普通平板玻璃,据了解,国内3mm厚普通平板玻璃的太阳透射比一般都在0.83以下,有的甚至低于0.76。
根据国家标准GB/T6424-1997的规定,透明盖板的太阳透射比应不低于0.78。
相比之下,发达国家的市场上已有专门用于太阳能集热器的低铁平板玻璃,其太阳透射比高达0.90~0.91。
因此,我国太阳能行业面临的一项任务是:在条件成熟时,联合玻璃行业,专门生产适用于太阳能集热器的低铁平板玻璃。
尽可能选用钢化玻璃作为透明盖板,确保集热器可以经受防冰雹试验的考验。
(2)玻璃钢板。
玻璃钢板(即玻璃纤维增强塑料板)具有太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高等特点,在这些方面无疑也是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。
然而,对于玻璃钢板来说,红外透射比和耐候性能是两个需要重视的问题。
玻璃钢板的单色透射比与波长关系曲线表明,单色透射比不仅在2pm以内有很高的数值,而且在2.5pm以上仍有较高的数值。
因此,玻璃钢板的太阳透射比一般都在0.88以上,但它的红外透射比也比平板玻璃高得多。
玻璃钢板通过使用高键能树脂和胶衣,可以减少受紫外线破坏的程度。
但是,玻璃钢板的使用寿命是无论如何不能跟作为无机材料的平板玻璃相比拟的。
当然,玻璃钢板具有一些平板玻璃所没有的特点。
例如:玻璃钢板的质量轻,便于太阳能集热器的运输及安装;玻璃钢板的加工性能好,便于根据太阳能集热器产品的需要进行加工成型。
1.1.3.2透明盖板的层数及间距透明盖板的层数取决于太阳能集热器的工作温度及使用地区的气候条件。
绝大多数情况下,都采用单层透明盖板;当太阳能集热器的工作温度较高或者在气温较低的地区使用,譬如在我国南方进行太阳能空调或者在我国北方进行太阳能采暖,宜采用双层透明盖板;一般情况下,很少采用3层或3层以上透明盖板,因为随着层数增多,虽然可以进一步减少集热器的对流和辐射热损失,但同时会大幅度降低实际有效的太阳透射比。