太阳能集热器热性能分析

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1、太阳能集热器热性能分析摘要:本文简介了太阳能集热器的种类以及各自的特点。同步,论述了太阳能集热器热性能的理论,涉及影响太阳能集热器热性能的因素、太阳能集热器热性能的测试措施等。核心字:太阳能集热器、热性能测试、影响因素 引言随着能源的大量消耗和环境的急剧破坏，新能源技术已经成为2世纪世界经济发展中具有决定性影响的五个技术领域之一。太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、无环境污染等诸多长处而受到各国注重。,国内太阳能集热器生产量占世界产量的80，占世界保有量的60%左右,阐明国内已经成为太阳能运用大国。太阳能集热器是将其接受的太阳辐射能向传热工质传递热能的装置，因此,太阳能集热器是太阳能运用的核心装

2、置。因此,太阳能集热器的研究、开发与应用对太阳能资源的高效应用至关重要。1 太阳能集热器的种类随着太阳能运用的大力发展，太阳能集热器的种类也越发多样化。根据进入采光口的太阳辐射方向与否变化，分为聚光型集热器、非聚光型集热器；根据集热器的传热工质类型的不同,分为液体型集热器、空气型集热器;根据集热器与否跟踪太阳，分为跟踪集热器、非跟踪集热器；根据集热器内与否有真空空间，分为平板型集热器、真空管型集热器；根据集热器的工作温度范畴的不同，分为高温集热器（308)、中温集热器（802)、低温集热器(400）。其中,太阳能热运用产品最常用的有两种-平板型太阳能集热器与真空管型太阳能集热器。1.1 平板型

3、太阳能集热器及其特点平板型太阳能集热器1的典型构造如图1所示，重要涉及透明盖板、吸热板芯、流体流道、隔热层和箱体等部分.图1 平板型太阳能集热器典型构造阳光透过透明盖板照射到吸热板表面，吸热板吸取大部分太阳辐射能，将其转化为热能,并将热能传递给流道内的传热介质，传热介质携带热能进入储热设备。这样，传热工质被加热后，温度逐渐升高,作为集热器的有用热能输出。同步，由于吸热体内的温度升高,通过透明盖板和外壳向周边环境散失热量,导致了平板型太阳集热器的多种热损失。平板型太阳能集热器在国内的太阳能运用中已广泛应用，技术日趋完善，重要特点有可承压性好、大型集热系统性能稳定、建筑一体化限度高等。同步尚有局限

4、性,如热损失大、无保温功能、抗冻能力差等问题。.2 真空管型太阳能集热器基于平板型太阳能集热器，发展出了真空管型集热器。根据吸热体材料的不同,可分为全玻璃真空管集热器和金属吸热体(玻璃金属)真空管集热器两大类。重要有全玻璃真空管式集热器、型管式真空管集热器、热管式真空管集热器。近年来，由于真空管式太阳能集热器的优秀性能，越来越受到注重。其重要特点有热损失小，保温效果好、使用寿命长、抗冲击抗冻能力强。同步尚有安装复杂，承压能力弱,维护麻烦等局限性。1.2.1 全玻璃真空管型太阳能集热器全玻璃真空管式太阳能集热管重要由内外玻璃管、选择性吸取涂层、真空夹层、保护帽、消气剂等部件构成。其工作原理简朴，

5、形状犹如拉长的保温瓶。典型构造如图2所示。图2 全玻璃真空管型太阳能集热器典型构造当内玻璃管吸取太阳光辐射升温时,圆头就形成热胀冷缩的自由端，因此缓冲引起管开口端的热应力。内玻璃管内装水,内玻璃管的外表面涂上太阳选择性吸取涂层，用来吸取太阳辐射能。将内外玻璃管之间的夹层抽成高真空,减少热损失,起到保温的作用。在外玻璃管尾端粘结一只金属保护帽,以保护抽真空后封闭的排气嘴。弹簧支架上装有消气剂,用于吸取真空集热管运营时释放出来的气体，以保持管内真空度的作用。.2.2 U型管式太阳能集热器型管式太阳能集热器是基于全玻璃真空管式太阳能集热器改善而来的。由集管、隔热材料、集热流体、U型管等部件构成。其典

6、型构造如图所示。图3 U型管式太阳能集热器典型构造U型管式真空太阳能集热管是在一般真空玻璃管内插入一根U型铜管,U型铜管外包铝型翅片,铝型翅片与真空管内壁接触,真空管吸取太阳辐射能，通过U型管中流动的工质传递热能。由于真空管内没有水，因此不会因一只管破损而影响整个系统的运营；真空管的热容大大减小，同样的天气条件下可以获得更多的热量，因而提高了产品性能和运营的可靠性。1.23 热管式真空管太阳能集热器热管式真空管太阳能集热器同样是基于全玻璃真空管式太阳能集热器改善而来的。热管式真空管太阳能集热器由热管、金属吸热板、玻璃管、金属封盖、弹簧支架、吸气剂等构成。其典型构造如图所示。图4 热管式真空管太

7、阳能集热器典型构造热管式真空管太阳能集热器是运用太阳辐射在表面镀有选择性吸取涂层的金属吸热板上，将吸取到的太阳辐射能转化为热能，并传递给热管，热管吸取热能后并加热管内工质使其迅速汽化,被汽化的工质上升到热管冷凝端,在冷凝端放热迅速凝结为液体，在重力的作用下液体流回蒸发端。太阳能转化的过程就是热管内工质汽-液相变循环过程。2 太阳能集热器热性能分析2 影响集热性能的因素集热性能是评价与选择太阳能集热器的核心性参数,因此，对集热器的研究基本上都环绕集热器热性能展开的。amarehB2等研究了影响集热器热损失的重要因素，涉及：风向、风速（自然对流、强制对流、混合对流)对热损失的影响，集热器自身维护构

8、造以及安装位置对热损失的影响。卢郁等3对平板太阳能集热器热性能进行理论推导，引入效率因子,进行模拟，得出吸热体板芯构造、板芯用材对平板太阳能集热器热性能的影响。在不减少集热器效率因子的状况下,是翅片单位面积减少45.8%；在材料消耗相似状况下,集热器效率因子提高了003。张静敏等4对影响集热器性能的因素进入集热器的空气流量、辐射强度、环境温度、集热器内的蓄热体和集热棚的高度等参数,进行了研究,并分析了各因素对太阳能热风发电系统空气集热器性能的影响。张小粉等5对热管真空管太阳能集热器的传热机理进行了分析，给出了其总热损失系数、效率因子、热迁移因子和顺势效率的体现式，并通过实例将顺势效率的理论值与

9、实验值进行了比较,两者相对误差不不小于6.7%。王勇等对平板太阳能集热器改善透明盖板、设立透明隔热层、改善吸取涂层、优化吸热板、采用纳米流体等因素,使集热器热性能得到提高。2. 太阳能集热器热性能测试颁布实行的欧洲原则给出两种太阳能集热器热性能测试措施:一种是稳态测试措施,另一种是动态测试措施。稳态测试措施模型相对简朴，该测试是在集热器达到稳定的工况条件下进行的，且测试过程中对天气等条件的限制非常严格，需要相称长的测试时间以及比较高的测试成本,使其应用的广泛性受到很大的限制。相反，动态测试法是在集热器实际运营工况条件下对集热器热性能进行测试，检测过程所规定的条件相对宽松,测试周期短，成本低。因

10、此,有关的科研机构和科研工作者基本都是致力于研究太阳能集热器热性能的动态测试法。由于稳态测试措施在测试过程中忽视了某些影响因素,因此对其的测试规定相称严格。因此,在放宽测试条件的动态测试措施中，必须考虑这些因素,涉及:入射角修正系数K（）对0的影响、风速的影响、长波辐射的影响等。孙峙峰等8对同一种太阳能集热器热性能分别进行了动态和稳态测试，并对实验成果进行了分析和对比，成果表白在集热器基于入口温度的归一化温差低、中温差处,两种测试措施得到的效率曲线重叠，得出太阳能集热器动态测试措施与稳态测试措施的结论基本相符。在集热器基于入口温度的归一化温差的高温差出,两种测试措施得到的效率曲线有偏差。这为进

11、一步对太阳能集热器动态测试措施的研究打下了基本。3 结语太阳能作为一种蕴含量巨大的新能源，近几十年来，得到了迅猛的发展,并且应用越来越广泛。太阳能集热器作为太阳能光热系统中所研究的核心问题之一,虽说已获得丰硕的成果，但由于集热器复杂的传热机理、集热器材料以及生产工艺的不完善,因此,还需要对集热器做更深一步的研究分析，提高其传热效率。从而对太阳能光热系统可以长期高效稳定安全的运营产生深远的意义。参照文献1 6424-.平板型太阳能集热.北京:中国原则出版社,.2 Samareh B, YaghoubiMTwo DieionaumeriSiulation of e Trbulen Wind Flo

12、 aroud a Lrge Paraboic SolarClleco.In: Proeedings o APVI, rea, ,15.3 卢郁,于洪文等.平板太阳能集热器热性能数学建模以及模拟济南大学学报（自然科学版).,27（3).4 张静敏、张华等太阳能热风发电系统集热器性能的影响因素分析可再生能源, 26(3).5 张小粉、张立希、张鹤飞.热超导管管全玻璃真空管集热器的热性能分析.机械设计与制造,10(10).6 王勇，段广彬.平板太阳能集热器强化传热特性研究.材料导报:综述篇.,(1)7 Fiscer S，Pre ,Bergqui P.Collector test mhd und quai-dyic conitionsaccrig tte urpean stdar EN12975- Sola erg, ,76().8 孙峙峰,郑瑞澄太阳能集热器热性能动态测试措施研究.太阳能学报.,28(11)