1、第7章太陽能集熱器及檢測方法(太陽能應用檢測與控制技術課件)7.1 平板型集熱器平板型集熱器7.1.2 7.1.2 平板集熱器熱性能參數平板集熱器熱性能參數1 1平板集熱器能量平衡方程平板集熱器能量平衡方程 平板型集熱器實際上是一個熱交換器，其吸熱體內的液體平板型集熱器實際上是一個熱交換器，其吸熱體內的液體能與太陽輻射進行能量傳遞，而獲得有用的能量收益。同時，能與太陽輻射進行能量傳遞，而獲得有用的能量收益。同時，集熱器本身對外界仍存在著散熱損失，如圖集熱器本身對外界仍存在著散熱損失，如圖7-27-2所示。所示。圖圖7-2 7-2 平板集熱器能量平衡圖平板集熱器能量平衡圖7.1 平板型集熱器平板

2、型集熱器 平板式集熱器的性能可以用一個能量平衡方程來描述，該平板式集熱器的性能可以用一個能量平衡方程來描述，該方程表示吸熱板所吸收的輻射太陽能所分配成的各種有用收益方程表示吸熱板所吸收的輻射太陽能所分配成的各種有用收益和各種損失，其能量平衡方程如下和各種損失，其能量平衡方程如下 Qa=Qu+QL+Qs Qa=Qu+QL+Qs 7-17-1式中，式中，QaQa為單位時間內吸熱板吸收到的太陽輻射能量；為單位時間內吸熱板吸收到的太陽輻射能量；QuQu為單位時間內集熱器的有用輸出能量；為單位時間內集熱器的有用輸出能量； QLQL為單位時間內集熱器的熱損失；為單位時間內集熱器的熱損失；QsQs為單位時間

3、內集熱器儲存的能量。為單位時間內集熱器儲存的能量。7.1 平板型集熱器平板型集熱器2 2平板集熱器的總熱損失系數平板集熱器的總熱損失系數 平板集熱器的總熱損失系數是指集熱器中吸熱體對環境空平板集熱器的總熱損失系數是指集熱器中吸熱體對環境空氣的平均傳熱系數，表達式為氣的平均傳熱系數，表達式為 UL=Ut+Ub+Uc UL=Ut+Ub+Uc 7-27-2式中，式中，ULUL為集熱器總熱損失系數；為集熱器總熱損失系數；UtUt為集熱器頂部熱損失系數；為集熱器頂部熱損失系數；UbUb為集熱器底部熱損失系數；為集熱器底部熱損失系數；UcUc為集熱器側面熱損失系數；為集熱器側面熱損失系數；單位為單位為W/

4、W/m2m2。7.2 真空管集熱器真空管集熱器 全玻璃真空管式太陽能集熱器是在平板型太陽能集熱器的全玻璃真空管式太陽能集熱器是在平板型太陽能集熱器的根底上開展的一種新型太陽能集熱裝置。全玻璃真空管式太陽根底上開展的一種新型太陽能集熱裝置。全玻璃真空管式太陽能集熱器的核心部件是玻璃真空集熱管，它采用了真空技術，能集熱器的核心部件是玻璃真空集熱管，它采用了真空技術，消除了氣體的對流與傳導熱損，并應用選擇性吸收涂層，使真消除了氣體的對流與傳導熱損，并應用選擇性吸收涂層，使真空集熱管的輻射熱損降到最低。這樣，真空管式太陽能集熱器空集熱管的輻射熱損降到最低。這樣，真空管式太陽能集熱器既可以在中高溫下運行

5、，也能在寒冷地區的冬季及低日照與天既可以在中高溫下運行，也能在寒冷地區的冬季及低日照與天氣多變地區運行，擴大了應用領域。它的結構像一個拉長變細氣多變地區運行，擴大了應用領域。它的結構像一個拉長變細的暖水瓶膽，由兩根同軸圓玻璃管組成，內、外玻璃管間抽成的暖水瓶膽，由兩根同軸圓玻璃管組成，內、外玻璃管間抽成真空，太陽選擇性吸收外表涂層沉積在內管的外外表構成真空，太陽選擇性吸收外表涂層沉積在內管的外外表構成吸熱體，將太陽能轉化為熱能，加熱內玻璃管內的傳熱流體。吸熱體，將太陽能轉化為熱能，加熱內玻璃管內的傳熱流體。全玻璃真空太陽集熱管通常采用單端開口的形式，在一端將內全玻璃真空太陽集熱管通常采用單端開

6、口的形式，在一端將內、外玻璃管環形熔封在一起，真空管集熱器內裝有吸氣劑。、外玻璃管環形熔封在一起，真空管集熱器內裝有吸氣劑。7.2 真空管集熱器真空管集熱器7.2.1 7.2.1 真空太陽集熱管結構真空太陽集熱管結構 全玻璃真空太陽集熱管的創造已有幾十年的歷史，近幾年全玻璃真空太陽集熱管的創造已有幾十年的歷史，近幾年得到了迅速推廣、普及并且到達一定工業化程度。其主要組成得到了迅速推廣、普及并且到達一定工業化程度。其主要組成有：全玻璃真空管太陽集熱器、支架、水箱、上下管及附件等有：全玻璃真空管太陽集熱器、支架、水箱、上下管及附件等。全玻璃真空太陽集熱管構造如圖。全玻璃真空太陽集熱管構造如圖7-3

7、7-3所示，它像一個拉長的暖所示，它像一個拉長的暖水瓶瓶膽，由兩根同心圓玻璃管組成。內、外圓管間抽成真空水瓶瓶膽，由兩根同心圓玻璃管組成。內、外圓管間抽成真空，太陽選擇性吸收外表沉積在內管的外外表構成吸熱體，將太，太陽選擇性吸收外表沉積在內管的外外表構成吸熱體，將太陽光能轉換為熱能，加熱內玻璃管內的傳熱流體。陽光能轉換為熱能，加熱內玻璃管內的傳熱流體。7.2 真空管集熱器真空管集熱器1 1內玻璃管；內玻璃管；2 2太陽選擇性吸收涂層；太陽選擇性吸收涂層；3 3罩玻璃管；罩玻璃管；4 4真空夾層；真空夾層；5 5支承件；支承件；6 6吸氣劑；吸氣劑；7 7吸氣鏡面吸氣鏡面圖圖7-3 7-3 全玻

8、璃真空太陽集熱管結構全玻璃真空太陽集熱管結構7.2 真空管集熱器真空管集熱器7.2.2 7.2.2 真空管集熱器性能真空管集熱器性能1 1真空管集熱器效率真空管集熱器效率真空管集熱器效率由下式給出真空管集熱器效率由下式給出 7-67-6式中，式中，D D為吸收管外徑；為吸收管外徑；B B為集熱管中心線間距；為集熱管中心線間距；IsbIsb為集熱器板單位面積的直射輻射量；為集熱器板單位面積的直射輻射量；IsdIsd為集熱器板單位面積的散射輻射量；為集熱器板單位面積的散射輻射量；FRFR為集熱器熱轉移因子；為集熱器熱轉移因子；IeffIeff為集熱管吸收的輻射量；為集熱管吸收的輻射量；ULUL為集

9、熱器總熱損系數；為集熱器總熱損系數；tfitfi為集熱器流體進口溫度；為集熱器流體進口溫度；tata為環境空氣溫度。為環境空氣溫度。ReffLfiasbsd()()DFIUttB II7.2 真空管集熱器真空管集熱器2 2真空管集熱器光學效率真空管集熱器光學效率 真空管集熱器光學效率為真空管集熱器光學效率為 7-77-7eff0sbsd()DIB II7.3 太陽能熱水系統太陽能熱水系統 普通的太陽能熱水系統主要由集熱器、儲水箱和提供冷水普通的太陽能熱水系統主要由集熱器、儲水箱和提供冷水和熱水的管道等組成。太陽能熱水系統按其工質流動方式分類和熱水的管道等組成。太陽能熱水系統按其工質流動方式分類

10、，一般可分為循環型、直流型和悶曬型，一般可分為循環型、直流型和悶曬型3 3種。其中循環型又分為種。其中循環型又分為自然循環型和強迫循環型兩種形式。自然循環型和強迫循環型兩種形式。7.3 太陽能熱水系統太陽能熱水系統 7.3.1 7.3.1 自然循環熱水系統自然循環熱水系統自然循環系統是利用傳熱工質內部的溫度梯度產生的密度差所自然循環系統是利用傳熱工質內部的溫度梯度產生的密度差所形成的自然對流進行循環的太陽能熱水系統。形成的自然對流進行循環的太陽能熱水系統。1 1熱虹吸式自然循環熱虹吸式自然循環熱虹吸式自然循環太陽能熱水系統的結構示意如圖熱虹吸式自然循環太陽能熱水系統的結構示意如圖7-47-4所

11、示。所示。1集熱器；集熱器；2上循環管；上循環管；3水箱；水箱；4浮球閥；浮球閥；5通氣管；通氣管；6熱水閥；熱水閥；7冷水閥；冷水閥；8進水閥；進水閥；9泄水閥；泄水閥；10下循環管下循環管圖圖7-4 7-4 熱虹吸式自然循環太陽能熱水系統的結構示意圖熱虹吸式自然循環太陽能熱水系統的結構示意圖7.3 太陽能熱水系統太陽能熱水系統 2 2定溫放水式自然循環定溫放水式自然循環 定溫放水式自然循環太陽能熱水系統的結構如圖定溫放水式自然循環太陽能熱水系統的結構如圖7-57-5所示。所示。1 1循環水箱；循環水箱；2 2補給水箱；補給水箱；3 3電磁閥；電磁閥；4 4蓄水箱；蓄水箱；5 5繼電器；繼電

12、器；6 6觸點式溫度計觸點式溫度計圖圖7-5 7-5 定溫放水式自然循環太陽能熱水系統結構圖定溫放水式自然循環太陽能熱水系統結構圖7.3 太陽能熱水系統太陽能熱水系統 7.3.2 7.3.2 強迫循環熱水系統強迫循環熱水系統 強迫循環熱水系統是利用機械設備等外部動力迫使傳熱工強迫循環熱水系統是利用機械設備等外部動力迫使傳熱工質通過集熱器或換熱器進行循環的太陽能熱水系統。強迫質通過集熱器或換熱器進行循環的太陽能熱水系統。強迫循環系統通常采用溫差控制、光電控制及定時器控制等方式。循環系統通常采用溫差控制、光電控制及定時器控制等方式。這種系統通常利用水泵迫使水在集熱器與儲水箱之間循環，其這種系統通常

13、利用水泵迫使水在集熱器與儲水箱之間循環，其結構示意如圖結構示意如圖7-67-6所示。所示。7.3 太陽能熱水系統太陽能熱水系統1 1水泵；水泵；2 2、3 3溫度傳感器；溫度傳感器；4 4蓄水箱；蓄水箱；5 5熱水管；熱水管；6 6冷水管；冷水管；7 7控制器；控制器；8 8逆止閥逆止閥圖圖7-6 7-6 強迫循環太陽能熱水系統結構強迫循環太陽能熱水系統結構7.3 太陽能熱水系統太陽能熱水系統7.3.3 7.3.3 直流式系統直流式系統直流式系統是傳熱工質一次流過集熱器加熱后，便進入儲水箱直流式系統是傳熱工質一次流過集熱器加熱后，便進入儲水箱用熱水處的非循環太陽熱水系統。這種系統為開式、一次流

14、動用熱水處的非循環太陽熱水系統。這種系統為開式、一次流動系統，其結構如圖系統，其結構如圖7-77-7所示。所示。1 1集熱器集熱器；2 2溫度傳感器；溫度傳感器；3 3上升管；上升管；4 4通氣溢流管；通氣溢流管；5 5熱水管；熱水管；6 6蓄水箱；蓄水箱；7 7副水箱；副水箱；8 8自來水管；自來水管；9 9控制器；控制器；1010水泵水泵圖圖7-7 7-7 直流式熱水系統結構圖直流式熱水系統結構圖7.4 太陽能集熱器性能測試太陽能集熱器性能測試 測試集熱器的主要目的如下。測試集熱器的主要目的如下。 確切地評價集熱器的性能，鑒別集熱器質量的優劣。確切地評價集熱器的性能，鑒別集熱器質量的優劣。

15、 為提高集熱器的性能、降低其本錢提供依據。為提高集熱器的性能、降低其本錢提供依據。 提供性能測試數據，作為太陽能熱水系統設計的根底。提供性能測試數據，作為太陽能熱水系統設計的根底。7.4.1 7.4.1 平板型集熱器的測試平板型集熱器的測試 為了全面地評價集熱器的質量，應對它進行多種測試。根為了全面地評價集熱器的質量，應對它進行多種測試。根據新的國標要求，應對其進行性能、空曬、悶曬、內通水熱沖據新的國標要求，應對其進行性能、空曬、悶曬、內通水熱沖擊、外淋水熱沖擊、淋雨、強度、剛度、耐壓、涂層太陽吸收擊、外淋水熱沖擊、淋雨、強度、剛度、耐壓、涂層太陽吸收比、防雹、外觀、涂層等一系列試驗。比、防雹

16、、外觀、涂層等一系列試驗。7.4 太陽能集熱器性能測試太陽能集熱器性能測試7.4.2 7.4.2 真空管集熱器的測試真空管集熱器的測試1 1真空管集熱器技術要求真空管集熱器技術要求1 1空曬性能空曬性能2 2悶曬太陽輻照量悶曬太陽輻照量3 3平均熱損系數平均熱損系數4 4真空性能真空性能5 5耐熱沖擊耐熱沖擊7.4 太陽能集熱器性能測試太陽能集熱器性能測試2.2.試驗方法試驗方法1 1空曬性能參數測定空曬性能參數測定2 2悶曬太陽輻照量測定悶曬太陽輻照量測定3 3平均熱損系數測定平均熱損系數測定4 4真空性能試驗真空性能試驗5 5耐熱沖擊試驗耐熱沖擊試驗7.5 太陽能熱水系統測試方法太陽能熱水

17、系統測試方法7.5.1 7.5.1 測試系統測試系統1 1試驗系統的安裝試驗系統的安裝 系統盡可能安裝在制造商提供的安裝支架上。試驗系統的安系統盡可能安裝在制造商提供的安裝支架上。試驗系統的安裝不能阻擋集熱器的采光面，安裝支架不應影響集熱器或儲熱水裝不能阻擋集熱器的采光面，安裝支架不應影響集熱器或儲熱水箱的保溫。箱的保溫。 一般情況，儲熱水箱均應按照制造商安裝說明書中所允許的一般情況，儲熱水箱均應按照制造商安裝說明書中所允許的最低位置。對于別離式熱水系統，集熱器與儲水箱間的連接管道最低位置。對于別離式熱水系統，集熱器與儲水箱間的連接管道的總長度應為的總長度應為15m15m。管道的直徑和保溫應與

18、安裝指南一致。管道的直徑和保溫應與安裝指南一致。2 2集熱器的安裝集熱器的安裝 集熱器應安裝在面向赤道傾角為緯度集熱器應安裝在面向赤道傾角為緯度1010內的固定位置。內的固定位置。集熱器安裝地點應滿足在試驗期間沒有陰影投射到集熱器上。集集熱器安裝地點應滿足在試驗期間沒有陰影投射到集熱器上。集熱器所在的位置應在試驗期間從周圍的建筑或物體外表沒有明顯熱器所在的位置應在試驗期間從周圍的建筑或物體外表沒有明顯的太陽光反射到集熱器上，且在視野內沒有明顯的障礙物。的太陽光反射到集熱器上，且在視野內沒有明顯的障礙物。7.5 太陽能熱水系統測試方法太陽能熱水系統測試方法3 3液體流動系統液體流動系統 液體流動

19、系統試驗回路如圖液體流動系統試驗回路如圖7-97-9所示。所示。圖圖7-9 7-9 系統日性能的試驗裝置示意圖系統日性能的試驗裝置示意圖7.5 太陽能熱水系統測試方法太陽能熱水系統測試方法7.5.2 7.5.2 測量要求測量要求1 1溫度測量溫度測量1 1環境溫度環境溫度 使用遮陽而通風的采樣器件在高于地面使用遮陽而通風的采樣器件在高于地面1m1m處且距離集熱器處且距離集熱器和系統組件不得小于但不超過和系統組件不得小于但不超過10m10m處的百葉箱內測量環境空氣溫處的百葉箱內測量環境空氣溫度。其準確度為度。其準確度為。2 2進水溫度進水溫度 如果在儲熱水箱入口處串接一個溫度控制器，那么由于試如果在儲熱水箱入口處串接一個溫度控制器，那么由于試驗期間流量較高，要求其功率較大以便保持溫度。作為替換方驗期間流量較高，要求其功率較大以便保持溫度。作為替換方法，也可以通過控制對熱水池和冷水池的混水來調節溫度，兩法，也可以通過控制對熱水池和冷水池的混水來調節溫度，兩個水池都保持恒定的溫度。當流量為個水池都保持恒定的溫度。當流量為400400600L/h600L/h時，在試驗開時，在試驗開始至結束期間溫度控制器或混水閥要將入口流體的溫度漂移控始至結束期間溫度控制器或混水閥要將入口流體的溫度漂移控制在制在以內。其準確度為以內。其準確度為。7.5 太