平板型太阳集热器的瞬时效率曲线的统一性分析

平板型太阳集热器瞬时效率曲线的统一性

分析

第25卷第4期

2007年8月

可再生能骤

RenewableEnergyResources

V o1.25NO.4

Aug.2007

平板型太阳集热器瞬时效率曲线的统一性分析

别玉,胡明辅,郭丽

(昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650224)

摘要:平板太阳能集热器的效率方程和对应的效率曲线是判断集热器热性能的重要依据,前人分别用3个

不同方程和3条不同曲线定量地描述了集热器效率.文章阐释了3条曲线的异同点,并提出将3条太阳热水器

瞬时效率曲线统一起来的具体解决办法.

关键词:平板太阳能集热器;效率曲线;效率方程;统一分析

中图分类号:TK513文献标志码:A文章编号:1671—5292(2007)04—0018-03

…』一l-●-?●1●--●-

Unitiedanalysis0ninstantetllclencyCUrVesOt

flat...platesolarcollector

BIEYu.HUMing—fu.GU0Li (FacultyofChemicalEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechno logy,Kunming650224,China)

Abstract:Thermalpropertiesoffiat-platesolarcollectoralealwaysjudgedbyits efficiencye’

quationsandcurves.Asforthisproblem,therehavebeenquitedetailedderivatio nandconclu?

sions.Scholarsusedthreedifferentequationsandcurvestodescribethequantity ofefficiency,

however,thereisrareunifiedanalysisamongthethree.Therefore,manyreaders areapttobe

confusedwithsomerelativeconcepts.Asaresult,thispaperanalysesthesimilari tyanddifference

ofthecurves,andpresentsapracticablesolutionaswel1.

Keywords:fiat—platesolarcollector;efficiencycurve;efficiencyequation;un ifiedanalysis

0引言

评定太阳集热器性能的重要依据是其瞬时效

率方程,它全面地描述了集热器的结构,流体参数

以及太阳辐射与环境条件对集热性能的影响,是

集热器优化设计和合理运行的理论基础,也是太

阳能热利用系统设计的重要依据.

国外对平板太阳能集热器的短期和长期热性

能的评估作了很多探索,其中最早的是经典

HWWB研究进程【ll’1闭.Hottel和Woertz在1942年分析了相关的能量平衡方程,有用收益和各种损

失,并首次引人了效率因子的概念;Hottel和

Whillier于1958年进一步提出了平均效率与

()/G的线性关系(为集热器工质的平均温

度或进口温度,为环境温度);1959年Bliss对方

程中3种效率因子进行了深人的研究,使效率方

程进一步简化.国内外各类太阳能热利用专着也

对太阳集热器效率作了进一步分析,提出3个不

同形式的效率方程和与之对应的3条效率曲线.

这3条效率曲线均为一次曲线,它们的斜率和截

距各不相同,致使读者在理解,计算和设计时很容

易混淆,因此有必要对其进行统一性分析.

1瞬时效率方程的推导

根据能量守恒定律可知,在稳定状态下,集热

器在规定时段内输出的有用能量等于同一时段内

入射在集热器上的太阳辐照量减去集热器对周围

环境散失的能量.

04=Q—a(1)

又知QA=AG(袱)(2)

QL=A(tp--ta)(3)

将式(2),(3)代人(1)得:

au=AG(他)-AUL(t:ta)(4)

据集热器效率定义知7=0/AG,将式(4)代

人得

=

()e_-UL(tp-ta)/G(a)

由于吸热板温度不易测定,而进出口温度

较容易测定,故引人集热器效率因子F,其物理意

收稿日期:2006—08—28.

作者简介:别玉(1984一),女,硕士研究生,主要研究方向为新能源技术与工程.E—mail:bieyujuli@163.conl

?

18?

别玉.等平板型太阳集热器瞬时效率曲线的统一性分析

义是集热器实际输出的能量与假定整个吸热板处

于工质平均温度时输出的能量之比:

F=[G(Ta)一UL(to—fa)】/【G(Ta)o-UL(fa)J(5)

将F代人方程(a)可得到效率方程的另一种

表达形式:

rl=F,『()e__uL(tm-ta)/G](b)

方程(b)中管板集热器平均温度可以测

定.但其随太阳辐照度变化.不易控制,只有进口

温度ti相对稳定,故引入热转移因子.的物

理意义是集热器实际输出的能量与假定整个吸热板处于工质进口温度时输出的能量之比:

,1

G—(Ta)ta(6)R..A[.一

(fj一)]

将代人方程(a)可得到效率方程的第3种

表达形式:

叼=‘R【(Ta).一(ti—ta)/GJ(C)

将平板集热器效率方程在直角坐标系中以图

形表示.可得到瞬时效率曲线.其中纵坐标表示瞬时效率,横坐标表示集热器工作温度(,或ti)

和环境温度的差值与太阳辐照度之比.也称为归一

化温度,用表示.效率曲线即为叼一的关系

曲线,若假定集热器总热损系数为常数,则效

率曲线为一直线.3种形式的效率方程对应的效率曲线分别如图1(a),(b),(c)所示: