全玻璃真空太阳集热管U型管集热器
全玻璃真空集热管工作原理
全玻璃真空集热管工作原理
全玻璃真空集热管是一种重要的太阳能利用技术,它利用太阳能将热量转化为可使用
的热能。
下面我们将详细介绍全玻璃真空集热管的工作原理。
全玻璃真空集热管由玻璃外壳、吸热管、蒸汽室、热传导棒和玻璃内壳组成。
它的工
作原理基于光热转换和热传导原理。
当太阳辐射照射到集热管的玻璃外壳上时,玻璃外壳会通过玻璃的透过性,将光能转
化为热能,并散布到吸热管上。
吸热管内充满了导热剂,当吸热管被热能照射后,导热剂
将吸收光能并升温,导热剂温度升高后将产生热对流,将热能传导到集热管的上端蒸汽
室。
吸热管内的导热剂受热后,会使水在蒸汽室中沸腾,生成蒸汽。
蒸汽的温度和压力随
着吸热管受热时间的延长而增加。
这些高温高压的蒸汽会充满蒸汽室,并向上顶起,通过
热传导棒传导至集热管的上端。
接着,当高温高压的蒸汽通过热传导棒传导至集热管的上端时,会释放热量,将热量
传递给集热管的玻璃内壳。
玻璃内壳的材质使其能够保持真空状态,并且有很好的保温效果,从而能够最大限度地减少热量的散失。
这样,集热管内部就形成了一个高温高压的热区,从而将太阳能转化为热能,并保持热能的长期稳定输出。
集热管内的高温高压热能可以被用于各种应用,比如加热水、驱动发动机等。
这就实
现了太阳能的利用,并为人们的生活提供了可再生的能源。
全玻璃真空集热管利用太阳能将热量转化为可使用的热能,通过多个部件的协同作用,实现了从太阳辐射到热能输出的过程。
它在可再生能源利用方面具有良好的应用前景,能
够为环境保护和节能减排做出贡献。
热管和U行管的资料
热管和U 型管的资料一、热管:玻璃真空集热管有着非常好的吸收性能,它所形成的高真空,可最大限度地减少热损,其选择性涂层能有效地将太阳光的直射辐射和慢射辐射能都传递给超导热管,同时它还担负着有效的吸收太阳能和保温绝热的作用,即使在环境不利的条件下也能阻止热量流失;超导热管担负着迅速传递太阳热能的作用。
这二者高技术的优化组合,大大提高了集热性能。
真空热管太阳能热水系统即使在冬季热交换率也能达到55%以上。
·全年全天候使用:无论在南方和北方,即使是-40度的情况下,该产品也能正常运行,避免普通太阳能热水器真空管内有水被冻裂的可能性。
·可靠性:因真空管内不走水,所以不会产生水垢、炸管现象,更不会在严寒气候条件下出现真空管冻裂现象,在-50度的条件下仍能正常工作。
·超导集热真空管具有超强吸热、超快导热和超长寿命三大特点。
·选用硼硅3.3特硬玻璃,具有高透光率、低膨胀率、低发射率等优点。
极低的膨胀系数保证了真空集热管在高温和低温环境中使用不炸管,并能抵抗35mm 冰雹冲击而不损坏。
·承压能力:0.6Mpa 。
性能参数:二:U 行管U 型管是将一根直铜管在一定部位弯成U 型,两端平行,且一端高于另一端一定距离。
U 型管走水管路是由两根横向平行的走水主管和数根竖向平行、等间距排列的U 型管组成。
U 型管集热器是由U 型管走水管路、保湿层、真空管及集热器框架等组成。
包括真空集热管及U 型金属管和金属片,所述U 型金属管插装在真空集热管中,U 型金属管的上端伸出管口,金属片装在真空集热管内并固定在U 型金属管的一根竖管上。
由于金属片装在U 型金属管一侧的竖管上,即可使该侧竖管内的水温比另一侧竖管内的水温高而自动产生较强的水流动力,具有冷热水循环效果好、热传导效率高、不炸管和不漏水等优点,同时还由于U 型金属管结构简单,真空度≥5×10-3Pa(帕)涂层氮化铝吸收率≥0.93发射率≤0.08启动温度≤25℃闷晒最高温度250℃耐冻性-40℃寿命≥10年抗风30m/s (11级)抗冰雹35mm 玻璃管材料:高硼硅玻璃加铜管吸热板铜型材单管重量1.5kg 2.36kg (千克)单管尺寸(mm )ф47×1500/ф58×1800/ф70×1700冷凝端尺寸(mm)15×50传热温升>95%成本比热管低很多,是一种价廉物美的产品,既适合与水箱在一起组成整体式太阳能热水器使用,又适合与水箱分离而组成分体式太阳能热水器使用。
全玻璃真空管太阳集热器的分类及特点
全玻璃真空管太阳集热器的分类及特点目前市面上全玻璃真空管太阳集热器主要有三大系列产品,分别是:普通型全玻璃真空管太阳集热器、热管式全玻璃真空管太阳集热器和U型管式全玻璃真空管太阳集热器三大系列产品。
目前仍然以普通型全玻璃真空管太阳集热器为主,下面就三大系列产品的结构和特点逐一介绍。
(一)普通型全玻璃真空管太阳集热器1、组成:真空管、联箱、尾座、支架组成。
分横管和竖管两种。
(1)真空管构造:真空管是全玻璃真空管集热器的核心部件、是整个太阳能系统的发动机,其性能优劣决定着整个系统的得热性能和寿命。
真空管构造图④③⑦⑥⑤②①①罩玻璃管②内玻璃管③卡子④吸气剂⑤真空夹层⑥选择性吸收涂层⑦吸气膜(2)真空管材质要求:真空管采用硼硅玻璃3.3(氧化铁含量5%以下;热稳定性好;热膨胀系数低为3.3×10-6/℃;耐热冲击性好,耐热温差大于200℃;有较高的机械强度;较好的抗化学腐蚀性能;具有良好的光学性能,透光率≥ 0.89)(3)真空管技术要求:①材料采用硼硅玻璃3.3;②空晒性能参数y≥175m2•℃/kW(当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8~30℃之间)③闷晒到水温增加35℃所需的太阳能曝辐量≤3.8MJ/ m2(当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8~30℃之间)④平均热损失系数≤0.9W/ m2·℃⑤真空度≤5×10-2Pa;⑥耐热冲击应能承受25℃以下冷水和90℃以上热水交替反复冲击3遍而不损坏;⑦耐压冲击应能承受0.6Mp的压力;⑧抗冰雹要求应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下不损坏。
(4)真空管镀膜技术目前真空管的镀膜工艺有两种:渐变镀膜工艺和干涉镀膜工艺,过去常用的“晒乐”真空管就是采用渐变镀膜工艺,为真空管式太阳能热水器的推广和普及奠定了坚实的基础;皇明太阳能推出的干涉镀膜工艺是真空管的镀膜技术得到进一步的发展,吸收率更高、散热率更低。
全玻璃真空集热管工作原理
全玻璃真空集热管工作原理全玻璃真空集热管是一种高效的太阳能集热器,通过引入真空技术和玻璃材料制造而成,具有优良的隔热性能和光热转换效率。
它在太阳能利用领域具有广泛的应用,能够有效地转化太阳能为热能,为人们的生活提供热水、空调、采暖等能源。
全玻璃真空集热管的工作原理是基于太阳能的光热转换过程。
其工作原理可以分为太阳辐射的吸收、传导和传热三个过程。
当太阳光照射到集热管的玻璃外壁上时,玻璃的透明度使大部分光线能够穿透并被吸收板吸收,吸收板通常为涂有吸热涂层的金属板,例如铝板。
吸热板会将光能吸收并转化为热能,提高板的温度。
吸热板传导热量到集热管内部的工质(通常为水或导热油)。
由于集热管的内部是处于真空状态的玻璃管,而真空是一种极佳的隔热材料,因此可以很好地阻止集热管内部工质的热量向外传递。
当工质被加热后,它会上升到集热管的顶部,通过热交换器将热量传递给需要热能的系统,比如热水供应系统或暖气系统。
冷却的工质会重新流回到底部,完成循环。
全玻璃真空集热管的工作原理基于此简单的光热转化循环过程,利用太阳能的辐射能量为人们提供清洁的可再生能源。
它具有结构简单、效率高、寿命长的特点,适用于各种气候条件下的太阳能利用,并已经在许多国家得到广泛应用。
广泛的应用带来了对全玻璃真空集热管性能与可靠性的更高要求。
目前,研究人员正在不断努力提高集热管的光热转换效率,延长其使用寿命,降低制造成本,以期能更好地满足太阳能利用系统的需求。
全玻璃真空集热管的工作原理基于太阳能的光热转换,高效地将太阳能转化为热能,为人们提供清洁、可再生的能源。
随着太阳能利用技术的不断发展,全玻璃真空集热管将会在未来得到更广泛的应用。
太阳能全玻璃真空管集热器详解
太阳能全玻璃真空管集热器详解全玻璃真空管集热器All-Glass Evacuated Collector Tube平板型集热器的吸热板除了向外辐射热量外,还会通过隔热层向外传导热量、也会通过玻璃盖板下的空气对流向外散发热量,这是其主要缺点。
如果把外壳内抽成真空是可以解决向外散发热量的问题,但外壳特别是玻璃板要能承受每平方厘米1公斤的大气压力是相当困难的,集热器会变得非常笨重。
球型与圆柱形能承受较大的压力,于是就有圆管状真空管集热器,这里介绍的是全玻璃真空集热管,它由一端封口的外玻璃管与内玻璃管熔封而成,两层间抽真空,有点像广口热水瓶胆,下面是其截面图(为了便于图视,图中的真空管集热管长度较实际比例要短)。
全玻璃真空集热管示意图由于玻璃管较长,为增加强度在内外玻璃管之间有弹簧支架支撑,将内外管之间抽真空后封口。
下面是两根全玻璃真空集热管的截面正视图全玻璃真空集热管剖面图下面是两根全玻璃真空集热管的截面透视图全玻璃真空集热管剖面图-2全玻璃真空集热管的被加热工质(水)装在内管中,故在内管的外表覆盖有吸收太阳能的涂层,下图中的上面是一根完整的全玻璃真空集热管,下面是剖面图全玻璃真空集热管结构图由若干只全玻璃真空集热管与联集管可组成全玻璃真空管集热器,下图中下方为排齐的真空集热管,上方是剖开的联集管。
真空集热管是插在联集管中,连接处要用密封圈以防止漏水,联集管有保温层防止内部水的热量散失。
全玻璃真空管集热器剖面图下面是全玻璃真空集热器的侧面剖视图,图中显示了水在集热管中的对流状态,在真空集热管内的水被太阳辐射加热后密度减小就会上升,联管(水箱)中的冷水就会下降补充,形成自然循环。
经过一段时间阳光照射,在联管(水箱)中的水就被加热成热水。
为保证形成自然循环集热器要倾斜安装,水箱一端要高些。
全玻璃真空管集热器水对流示意图下面的动画直观的演示了全玻璃真空管集热器中水的对流状态。
全玻璃真空管集热器水对流动画下图是一台家用全玻璃真空管太阳能热水器(上方水箱被剖开一角),其上方水箱就是储水箱,直接为用户提供热水,由于水箱与真空集热管合为一体,故称之为一体式(或紧凑式)全玻璃真空管太阳能热水器。
太阳能集热器的分类及特点分析
太阳能集热器的分类及特点分析作者:袁静珍来源:《硅谷》2013年第07期摘要介绍了太阳能集热器的分类,阐述了太阳能集热器的工作原理,分析了几种太阳能集热器的特点,有助于人们对太阳能集热器类型的选定。
关键词太阳能集热器;平板型集热器;真空管型集热器中图分类号:TK513 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)041-178-021 概述太阳能集热器是指在太阳加热系统中,接收太阳的辐射能,并向传热工质传递热能的装置。
它是太阳能热利用系统的一个部分,是决定太阳能热利用系统性能的关键部件。
2 太阳能集热器的分类随着电子技术的发展,太阳能集热器的类型越来越多样化。
根据进入采光口的太阳辐射方向是否改变,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;根据集热器是否跟踪太阳,分为跟踪集热器、非跟踪集热器;根据集热器内是否有真空空间,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围的不同,分为高温集热器、中温集热器、低温集热器。
其中最常见是将太阳能集热器分为平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器。
2.1 平板型太阳能集热器平板型太阳能集热器是太阳能低温热利用的基本器件。
平板型太阳能集热器主要由吸热体、透明盖板、外壳和隔热层等部件组成。
它的结构如图1所示。
平板型太阳能集热器是利用太阳光辐射透过透明盖板后,投射在吸热体上,其中大部分太阳辐射能被吸热体吸收并转化为热能,然后将热能传递给吸热体内的传热工质。
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。
同时,由于吸热体内的温度升高,通过透明盖板和外壳向周围环境散失热量,成为平板型太阳集热器的各种热损失。
2.2 真空管型的太阳能集热器真空管型太阳能集热器是在平板型太阳能集热器基础上发展起来的新型集热装置。
按照吸热体的材料分类,可分为玻璃吸热体真空管(或称为全玻璃真空管)集热器和金属吸热体(玻璃—金属)真空管集热器两大类。
u型管真空管集热器工作原理
u型管真空管集热器工作原理U型管真空管集热器是一种利用太阳能进行集热的装置,其工作原理是通过将太阳辐射热能转化为热携带介质的热能,在集热系统中传递、吸收和储存热能,并将其用于供暖、热水等用途。
U型管真空管集热器的结构相对简单,主要由真空玻璃管、集热管、吸热板和支架等组成。
其中,真空玻璃管是集热器的核心部件,它由两个玻璃管以中空隔层连接而成,形成了一个高真空的环境,减少了热量的传导和辐射损失,提高了集热效率。
而在真空管内,则有一条U 形的金属管,称为集热管,其作用是将吸收到的太阳热量传导到热携带介质上。
当太阳光照射到U型管真空管集热器表面时,太阳辐射热量可以穿透玻璃管和真空隔层,被集热管吸收。
集热管通常由铝合金或铜材料制成,具有良好的导热性能。
太阳辐射经过集热管的吸收后,使其升温,在集热管的两端分别连接着进水管和出水管。
在集热管的上半部分,热携带介质(如水)经过进水管进入集热管,接触到加热的集热管表面后,吸收到热量后变热,从出水管流出。
在集热过程中,利用在真空环境下的降低热量传导和辐射损失,U型管真空管集热器能够达到较高的热效率。
此外,由于真空玻璃管的隔热效果,集热管吸收到的热量可以有效地储存,即使在夜晚或晴雨不定的天气中,也能提供一定程度的热能供应。
U型管真空管集热器还可以通过调整集热管的倾角来提高集热效率。
倾角的调整能够使得太阳辐射更好地垂直于集热管表面,增加吸收和转化太阳能的能力。
此外,对于不同的气候、季节和地理位置,倾角的调整也可以针对性地提高集热效果。
除了集热效果的提高,U型管真空管集热器还具有一些其他的优势。
首先,它的结构紧凑、安装方便,可以根据需要进行简单的组合和增减。
其次,由于采用了真空玻璃管,因此可以更好地防止集热器受到外界环境的干扰,使其在恶劣的气候条件下也能正常工作。
此外,真空管的设计使得其具有较佳的保温性能,可以在较低的温度下仍保持较高的集热效率。
总结起来,U型管真空管集热器通过利用真空环境和集热管的热传导,将太阳辐射能转化为热能,并通过热携带介质的循环运动,将热能用于供暖、热水等用途。
U型管和玻璃金属热管及平板的对比
全玻璃真空太阳集热管U 型管集热器和玻璃金属热管真空管以及平板集热器的对比全玻璃真空太阳集热管U 型管集热器简称:U 型管玻璃金属热管真空管简称:玻璃金属热管1、U 型管和玻璃金属热管都由于具有真空的保护,在寒冷条件下,集热效率比平板集热器高。
如图为:太阳能的采暖系统,如果采用地板采暖系统,基本系统工况可以用集热器为50度工况做为设计依据,由于环境温度低,在系统工作工况下,系统的效率曲线基本处于上图中的红色区域,可以明显看出真空管型集热器的效率高。
可以从国家标准对不同集热器要求的效率方程同样得出这个结论,分析如下: 集热器的效率方程为 η=η0- U L *(T i -T 0)/G国家平板集热器标准规定最低性能要求, η0=0.68 , U L =6 。
国家真空管集热器标准规定最低性能要求, η0=0.6 , U L =2.5 。
0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120上图红线为真空管集热器检测标准要求的最低水平线,蓝线为平板集热器检测标准要求的最低水平线。
计算如下:真空管型集热器平板型集热器1)在系统冬季运行的时候,集热器温度处于50度的情况下,环境温度为-20度的情况下,太阳辐射为800W/m2时,标准工况的真空管集热器效率为:η=0.6- 2.5*(50+20)/800=0.381,标准工况的平板集热器效率为η=0.68- 6*(50+20)/800=0.155 。
在此时真空管效率高于平板22%。
2)在气候温度为-30度时,真空管集热器效率更比平板集热器好:标准工况的真空管集热器效率为35%,标准工况的平板集热器效率为8%,基本平板集热器得热很少。
真空管比平板高27%。
3)在气候为10度的情况下,真空管效率也比平板更好:标准工况的真空管集热器效率为47.5%,标准工况的平板集热器效率为38%。
全玻璃真空太阳集热管U型管集热器
各种类型集热器性能优劣比较太阳能光热产业经过几十年的发展,现在已经呈现产品多样、类型多样、系统多样的格局,太阳能光热系统的核心元件一一集热器也出现多种产品,概况起来有以下几种:图0、集热器种类结构图一、结构特点和使用性能1、真空管型集热器真空管型集热器包括全玻璃真空管型太阳能集热器、玻璃-金属结构真空管型集热器;全玻璃真空管型太阳能集热器根据使用的方式又可以细分为直插式集热器、U型管式集热器和热管式集热器三种。
总体来说,真空管型集热器的吸热部件是真空管,具有以下特点:真空集热管具有真空夹层,空气对流和传导几乎为0,保温性能非常好(就象保温瓶一样),热损系数非常小,空晒温度达到200r以上,部分达到280C左右。
真空集热管是圆柱形的管状,太阳从不同方向入射时其截面不变,因此具有准跟踪性能,即早晚阳光较偏时得热量也较高。
同时对各个角度的光线都有吸收,对散射光吸收也较好,因此在散射光较多的多云天气和略阴的天气,效率也较高。
图1、真空管接收光照示意图具体来讲,各种类型又具有各自的特点:1.1直插式真空管集热器此种类型集热器是水工质直接在真空管内流通,然后通过自然/强制循环,将热量存储并使用。
这种集热器在非承压状态下运行,对系统要求不高,安装方便。
但是直插式真空管集热器也有自身的缺点:系统抗冻性能差,对冬季防冻要求比较高;一旦发生真空管破裂,整个系统将停止运行,对维护要求比较及时;严禁在空晒状态下补水,避免发生真空管炸裂。
这种系统主要使用在低端家用系统、低端小工程和防冻要求不高的地区。
1.2 U型管式和热管式真空管集热器U型管式和热管式真空管集热器是在真空管内装配U型铜管或者热管,对集热器进行空晒,通过循环在U型铜管或热管中的工质将热量带出,直接加热水或者在水箱内经过盘管换热加热水。
相变热管铝翼铜管真空管图3、U型管式真空管结构及传热示意图这种系统由于使用大量金属,所以初期投资相对较高,但总体的性价比仍然处于较高的水平,相比平板和玻璃-金属集热器具有优势;系统要经过两次换热,相比于直插式集热器,升温速度稍慢,但是从能量守恒的角度来讲,系统的得热量并没有减少,并且在继承了全玻璃真空管的高性能、可靠性高和准跟踪的优点的同时,还具有直插式集热器不可比拟的优势:a.运行安全系数高,工质在铜管和热管内循环,不直接在真空管内循环,整套系统可以承压运行,并且发生真空管破裂时整套系统正常运行; b.对防冻要求不高,由于管路中循环的是防冻液,工质冰点低;c.现场安装容易,装配简单。
U型管式全玻璃真空管集热器热效率及性能研究
新能源及工艺
行计算分析 。集热器效率方程的建立将使太阳能 热利用系统集热器的选择计算更为方便 。
1 集热器热效率方程的建立
U 型管连接方式的全玻璃真空管太阳集热器 如图 1所示 。
图 1 U型管式全玻璃真空管太阳集热器
太阳辐射穿过真空管玻璃外壳 ,投射在内层 玻璃吸热管上 。吸热管将太阳辐射能转换为热 能 ,通过吸热管和圆柱形肋片将热量传递给管内 的工质 ,使工质不断升温 。与此同时 ,被加热的吸 热管和集热管则不可避免地经由各种途径向周围 环境散失一部分热量 。
研究文献 [ 124 ] ,但对 U 型管式全玻璃真空管集热 器热性能的研究文献较少 。文献 [ 2 ]给出了全玻 璃真空管集热器效率计算方程 ,但效率计算需同 时知道吸热管温度与流体温度 ,计算不便 ,且与集 热器效率方程的一般表达方式不一致 ,不利于太 阳集热器效率计算方程形式的统一 。笔者已对集 热器的长期性能进行过研究 [ 526 ] , 本文将建立 U 型管式全玻璃真空管集热器效率的计算方程 ,推 导其热损系数 、效率因子等性能参数的计算公式 , 并对 U 型管式全玻璃真空管集热器的热性能进
0 引 言
太阳能作为一种可再生能源越来越为人们所 重视 。太阳集热器是太阳能热利用系统最重要 、 最基本的组成部分 。全玻璃真空管太阳集热器由 于集热效率高 、价格较低而在太阳能供暖领域得 到了应用 。但常规的全玻璃真空管集热器的承压 能力较低 ,单管破裂会影响系统的整体运行 ,而 U 型管式全玻璃真空管集热器则可克服上述缺陷 。 目前 ,对全玻璃真空管集热器的热性能已有一些
根据文献 [ 2 ],由以 A0 面积为基准转化为 Aa
面积为基准时 , Ub = 0. 168 7 W / (m2 ·K)
真空融封U型内玻璃管太阳集热元件[实用新型专利]
专利名称:真空融封U型内玻璃管太阳集热元件专利类型:实用新型专利
发明人:邱醒
申请号:CN201020151346.9
申请日:20100406
公开号:CN201672723U
公开日:
20101215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:真空融封U型内玻璃管太阳集热元件,由一个罩玻璃管与一个带翅板吸收体的U型内玻璃管组成,其特征在于含有与罩玻璃管融封的U型内玻璃管。
本实用新型的有益效果包括:U型玻璃集热管免用可伐,工艺简单并且没有可伐所存在的慢性漏气现象。
用U型玻璃集热管制造的分体集热器,其联集盒内的两根干道只需要分别与U型玻璃集热管的两个端口连接。
这样的联集盒用料少、体积小、换热流道阻力小、造价也低。
U型玻璃集热管启动快、耐空晒耐压高,并克服了热管通常存在因为内部真空度下降性能衰退,以及只能采用冷端高于热端布置的缺陷。
结合附图给出一个实施例。
申请人:邱醒
地址:317527 浙江省温岭市温峤镇温岭街506号
国籍:CN
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各种类型集热器性能优劣比较太阳能光热产业经过几十年的发展,现在已经呈现产品多样、类型多样、系统多样的格局,太阳能光热系统的核心元件——集热器也出现多种产品,概况起来有以下几种:图0、集热器种类结构图一、 结构特点和使用性能1、 真空管型集热器真空管型集热器包括全玻璃真空管型太阳能集热器、玻璃-金属结构真空管型集热器;全玻璃真空管型太阳能集热器根据使用的方式又可以细分为直插式集热器、U 型管式集热器和热管式集热器三种。
总体来说,真空管型集热器的吸热部件是真空管,具有以下特点:● 真空集热管具有真空夹层,空气对流和传导几乎为0,保温性能非常好(就象保温瓶一样),热损系数非常小,空晒温度达到200℃以上,部分达到280℃左右。
● 真空集热管是圆柱形的管状,太阳从不同方向入射时其截面不变,因此具有准跟踪性能,即早晚阳光较偏时得热量也较高。
同时对各个角度的光线都有吸收,对散射光吸收也较 好,因此在散射光较多的多云天气和略阴的天气,效率也较高。
图1、真空管接收光照示意图具体来讲,各种类型又具有各自的特点:1.1直插式真空管集热器此种类型集热器是水工质直接在真空管内流通,然后通过自然/强制循环,将热量存储并使用。
这种集热器在非承压状态下运行,对系统要求不高,安装方便。
但是直插式真空管集热器也有自身的缺点:系统抗冻性能差,对冬季防冻要求比较高;一旦发生真空管破裂,整个系统将停止运行,对维护要求比较及时;严禁在空晒状态下补水,避免发生真空管炸裂。
这种系统主要使用在低端家用系统、低端小工程和防冻要求不高的地区。
1.2U型管式和热管式真空管集热器U型管式和热管式真空管集热器是在真空管内装配U型铜管或者热管,对集热器进行空晒,通过循环在U型铜管或热管中的工质将热量带出,直接加热水或者在水箱内经过盘管换热加热水。
图2图3、U型管式真空管结构及传热示意图这种系统由于使用大量金属,所以初期投资相对较高,但总体的性价比仍然处于较高的水平,相比平板和玻璃-金属集热器具有优势;系统要经过两次换热,相比于直插式集热器,升温速度稍慢,但是从能量守恒的角度来讲,系统的得热量并没有减少,并且在继承了全玻璃真空管的高性能、可靠性高和准跟踪的优点的同时,还具有直插式集热器不可比拟的优势:a.运行安全系数高,工质在铜管和热管内循环,不直接在真空管内循环,整套系统可以承压运行,并且发生真空管破裂时整套系统正常运行;b.对防冻要求不高,由于管路中循环的是防冻液,工质冰点低;c.现场安装容易,装配简单。
基于以上特点,目前U型管式和热管式真空管集热器是出口产品的主力军;在国内也多用于一些高端的工程,如中央财经大学沙河校区热水工程等,还有高档住宅及别墅用的分体式热水系统。
2、平板集热器:平板集热器一直以来都是集热器家族内的一支主要力量,同时也是真空管集热器的主要竞争对手。
做为市场上一直存在的产品,平板集热器也具有自己的特点:●钢化玻璃盖板强度高,耐撞击性能好,安全运行系数高;●由于自身的结构特点,与建筑结合容易;●工质在平板集热器的铜管内运行,可以承压运行;虽然平板具有这些特点,但是平板集热器也是具有不可弥补的缺点:➢平板集热器的吸热板和玻璃盖板之间无法抽真空,当吸热板吸收太阳能温度上升后,平板和玻璃盖板之间的空气层形成对流,造成热损大大增加,其热损系数是真空管集热器的3~5倍。
因此当环境温度较低时(北方地区冬季)或工作温度要求较高时都无法工作;➢不具备准跟踪功能,当阳光斜射时,接收面积迅速减小,得热很快下降;➢只有在低温或者阳光直射的状态下,平板集热器集热效率较高,其他工作状态则不甚理想。
图4、平板集热器热流向图3、玻璃-金属热管集热器这里所讲的玻璃-金属热管集热器是指玻璃管外径为70mm和102mm的玻璃-金属封接的大热管太阳能集热器。
真空玻璃管吸热体热管热管冷凝段图5、玻璃-金属热管真空管集热管示意图玻璃-金属热管真空管集热管虽然外观上与全玻璃真空管一样,同时其玻璃管内也是真空状态,吸热体吸收太阳能通过铜管传递到冷凝端,经过热交换得到热水。
但是其吸热体却与平板集热器完全相同,不具有准跟踪功能。
总体来说,玻璃-金属热管集热器和集热管特点如下:●管内不走液体,可以承压运行,安全系数高;●相比平板集热器,玻璃管内保持真空,热损系数小,保温性能好;➢端口是玻璃与金属封接,由于两种物质热膨胀系数不同,反复加热会造成封接口破裂,因此真空寿命短,进而缩短集热管寿命;➢结构工艺复杂,玻璃与金属封接不好容易漏气,铜条带吸热体在排气时容易氧化,因此成品率低,价格高;➢不具备对太阳光的准跟踪功能,效率不够高;➢容易在冷凝段产生不凝气体,阻碍传热的进行,降低效率。
这样一些因素导致其使用范围比较小,市场占有率不高。
二、热性能2.1效率曲线与效率方程不考虑系统管路、水箱等其它因素,单从集热器角度来说,其热性能均可以从集热器效率曲线和效率方程上分析得出:集热器的效率方程为η=η0- U L*(T i-T0)/G集热器的瞬时效率方程是集热器热性能的集中反映。
η越大,说明集热器在相同时间内、相同条件下得热量越多。
而对于某一确定的集热器来说,其η0、U L 都是唯一确定的,共同决定集热器的效率值大小,这里,η0是瞬时效率截距,U L 是集热器热损系数,式中(T i -T 0)/G 是变量,其值越大,集热器温度越高,系统温度所能达到的温度越高,效率越低。
国家平板集热器标准规定最低性能要求, η0=0.68 , U L =6 W/m 2K 。
国家真空管集热器标准规定最低性能要求, η0=0.6 , U L =2.5 W/m 2K 。
以上两组数据表明,当(T i -T 0)/G 达到0.023的时候,即集热器温度达到40℃以上,高于环境温度18-20℃时,真空管集热器效率将超过平板集热器效率。
即真空管集热器所能达到的温度会远高于平板集热器所能达到的温度。
此外,冬季使用太阳能热水系统的时候,由于集热器内部温度和环境温度差别较大,而平板集热器没有真空,所以集热器本身和外界热对流和热辐射均较大,向环境中散失很大一部分热量,将造成系统温度不高,甚至不能满足使用要求。
从效率曲线上分析:0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120图6、集热器效率曲线太阳能的供热和采暖系统,如果采用地板采暖系统,基本系统工况可以用集热器为50度工况做为设计依据,由于环境温度低(冬季采暖季),在系统工作工况下,系统的效率曲线基本处于上图中竖线的右侧,可以明显看出真空管型集热器的效率高。
本公司的热管集热器(干式)HPG-24/58-1800于国家检测中心测试结果为η0=0.800 , U L =2.252 W/m 2K ,远优于国家标准规定的性能要求。
U 型管式集热器性能也十分优异。
0.0000.2000.4000.6000.8001.0000.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120T*E f f i c i e n c y图7、公司干式热管集热器效率曲线上图中:红线——真空管集热器检测标准要求的最低水平线;蓝线——平板集热器检测标准要求的最低水平线;黄线——本公司干式热管真空管集热器的测试结果。
玻璃-金属热管集热器起初保持比较好的真空度,效率很高,但是随着时间增长,玻璃与金属封接处出现开裂,真空度降低,其效率会逐渐下降。
综合分析:平板集热器效率截距高,但是热损大,下降快,总体效率不高;真空管集热器(直插式、热管式、U 型管式)效率截距高,热损小,总体效率处于最高的水平;玻璃-金属真空管集热器则随着使用期限的延长效率逐渐降低。
2.2 计算实例说明现在考虑几种实际运用工况,用国家标准规定最低性能要求真空管集热器和平板集热器性能计算如下:1) 冬季运行,集热器温度处于50℃,环境温度为-20℃的情况下,太阳辐射为800W/m 2时的标准工况下:真空管集热器效率为:η=0.6- 2.5*(50+20)/800=0.381;平板集热器效率为:η=0.68- 6*(50+20)/800=0.155 ;此时真空管集热器效率比平板集热器高22%。
在气候温度为-30℃时,标准工况的真空管集热器效率为35%,标准工况的平板集热器效率为8%,基本平板集热器得热很少。
真空管比平板高27%。
同时从实际测试的结果来看,此种条件下平板集热器也很难达到50℃。
2)春秋运行,环境温度10℃的情况下,真空管比平板高9.5%:真空管集热器效率为:η=0.6- 2.5*(50-10)/800=0.475;平板集热器效率为:η=0.68- 6*(50-10)/800=0.38 ;3)夏季运行,由于负荷减少,集热器温度升高,集热器至少工作在60℃温度下,环温为30℃,真空管集热器效率也比平板集热器效率高5%。
三、使用建议针对各种集热器的特性和实际使用情况,有针对性的选择合适的产品,将项目利益最大化是我们的追求。
从以上对于集热器结构和热性能的分析,我们可以清晰的看出各种类型的集热器使用场所和环境:●直插式真空管集热器:低端市场。
农村家用系统或者城市低端需求用户,对防冻要求不高的地区的中小型热水系统;借助于现在的控制技术,也可以实现防冻运行;●U型管式/热管式真空管集热器:各种使用环境、中高端市场。
阳台壁挂系统、高档住宅分体式家用热水系统、对安全要求较高的公共场所用热水系统、特别推荐在严寒地区的大中小型热水/供暖系统、需承压运行的各种工况;●玻璃-金属热管式真空管集热器:家用热水系统、需承压运行的系统;●平板集热器:冬季对热水需求小、要求温度低的情况。
阳台壁挂系统、需要承压运行的系统、分体式家用热水系统、南方地区太阳能热水工程;●闷晒式集热器:闷晒式集热器吸热和储热是一体的,保温、容量等有限,已经逐渐被淘汰出市场。
另外,根据统计,目前市场上面各种类型的集热器占有率也有很大差别:真空管集热器(包括所有真空管集热器类型)占有绝对的市场份额,达到80%以上;平板集热器则占有不到20%的份额;另外,玻璃-金属热管集热器在市场上的份额更小,据统计2006年仅占8%的市场份额。