内插式太阳能真空管空气集热器实验研究
真空管式热管太阳能集热器的研究
真空管式热管太阳能集热器的研究张海云;顾鑫;魏洁;沈燕婷;薛谦【摘要】The vacuum tube heat pipe solar collector has been gotten widespread attention and application in recent years. This paper reviews the performance differences of various types of heat pipe solar collectors, in order to establish the advantages of vacuum tube solar collector. Meanwhile, observations on some factors that restrain the current development of heat pipe solar collector are proposed and some suggestions for improvement are put forward based on experiment%真空管式热管太阳能集热器在最近几年得到了广泛关注和应用.本文综述现有的各类热管型太阳能集热器的性能差异,从而确立真空管式太阳能集热器的优势.同时,对目前制约热管太阳能集热器发展的一些因素提出了一些看法并在进行实验的基础上提出一些改进建议.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(031)023【总页数】3页(P310-312)【关键词】太阳能集热器;热管;真空管;应用改进【作者】张海云;顾鑫;魏洁;沈燕婷;薛谦【作者单位】南京师范大学,南京 210042;南京师范大学,南京 210042;南京师范大学,南京 210042;南京师范大学,南京 210042;南京师范大学,南京 210042【正文语种】中文【中图分类】G8120 引言随着煤、石油等能源的不断使用对环境造成的污染，作为清洁、高效的新能源——太阳能，得到了大量关注。
太阳能集热器性能实验研究
太阳能集热器性能实验研究近年来，随着环保意识的不断提高，人们开始更加关注可再生能源的利用。
而太阳能作为一种清洁、无限的能源，被越来越多的人所重视。
太阳能集热器是太阳能利用的重要手段之一，采用太阳能集热器可以将太阳能转化为热能，用于加热水或其他物质。
本文将就太阳能集热器的性能实验研究进行探讨。
一、太阳能集热器的原理太阳能集热器是一种基于太阳能热转换、以及物体温度不同而产生的热传导、对流、辐射等原理的装置。
太阳能集热器可分为非集中式和集中式两种类型。
非集中式太阳能集热器是指利用太阳能将水或其他物质自然加热的设备，主要包括平板式、真空管式、薄膜式等。
集中式太阳能集热器则是指将太阳能聚焦在一个点上，从而将聚集的能量转化为热能，如果能够突破热效率的限制，使用集中式太阳能集热器甚至可以直接将太阳能转化为电力等其他形式的能源。
二、太阳能集热器性能实验研究太阳能集热器是一种新兴的能源利用方式，对其性能进行研究可以更好地了解其适用范围、并随时改进其性能。
太阳能集热器的性能实验研究包括以下几个方面：1、热效率的研究太阳能集热器的热效率是衡量其性能的重要指标之一，表示太阳能转化为热能的比例。
因此，提高太阳能集热器的热效率是各种测试的重要目标之一。
热效率实验需要在充足的日照条件下进行，将一定量的水加入到太阳能集热器中，然后记录容器内水的温度变化。
通过对比太阳能集热器实际获得的热量与完全热化同等容积的水所需要的太阳能，可以得到太阳能集热器的热效率。
2、温度分布研究温度分布实验可以描述太阳能集热器中央和边缘区域的温度差异，以及水或其他物质在太阳能集热器中的流动情况。
这可以通过在太阳能集热器上安装温度感应器，然后记录并比较各个位置的温度的变化。
温度分布实验还可以探讨太阳能集热器在不同气候条件、不同角度安装的情况下，其温度分布的差异，从而验证不同条件下太阳能集热器的性能变化情况。
3、不同波长光照下的实验太阳能集热器利用太阳能进行热能转化，因此，太阳能的光谱特性对于太阳能集热器的性能影响非常大。
真空管式太阳能集热器研究最新进展_李建昌
第 32 卷 第10期 2012 年 10 月
CHINES E
真 空 科 学 与 JOURNAL OF VACUUM
技 术 SCIENC E
学 报 AND TECHNOLOGY
9 43
真空管式太阳能集热器研究最新进展
收稿日期 :2011-11-01 基金项目 :教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(2010004420023);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(M10403001) ＊联系人 :Tel :13804075191 ;E-mail :jcli @mail .neu .edu .cn
9 44
李建昌 ＊ 侯雪艳 王紫 吴隽稚 巴德纯
(东北大学机械工程 与自动化学院真空与流体工程研究中心 沈阳 110819)
Lube Solar Collectors
Li Jianchang ＊, Hou Xueyan , Wang Zixuan , Wu Junzhi , Ba Dechun
材料 不锈钢(SS)类
Al 类
Ti 类
Mo 类
Ni 类
Mn 类 Cr 类
表 1 近年来选择性吸收涂层的研究进展总结
Tab .1 Summary of the latest progress in selective absorption coatings
膜层结构
镀膜方法 膜厚/ nm 吸收率 α 发射率 ε 测试温度/ ℃ 文献
Al/ SS/SS-N
磁控溅射
150
0 .91
0 .06
83
[ 20]
A l/SS-A lN(H)/ SS-AlN(L)/ AlN
磁控溅射
265
北方农村户用太阳能空气集热采暖系统实验分析
北方农村户用太阳能空气集热采暖系统实验分析随着世界能源和环境问题的日益凸显，太阳能空气集热采暖系统成为了研究和应用的热点。
在北方农村，采暖季节长、温度低，传统采暖方式能源消耗大、污染严重，因此太阳能空气集热采暖系统成为了一种可行的解决方案。
本文将从实验分析的角度出发，探讨北方农村户用太阳能空气集热采暖系统的优点、不足以及发展前景。
一、系统构成及原理太阳能空气集热采暖系统主要由太阳能集热器、空气热交换器、暖气片及控制系统组成。
具体原理如下：1.太阳能集热器：利用太阳能对太阳能集热器内介质的照射和吸收，将太阳能中的热能转化为介质的内能，使介质发生相应的温度上升。
2.空气热交换器：空气通过空气热交换器与太阳能集热器内的介质进行热交换，从而使空气得到提高温度的效果，达到采暖的目的。
3.暖气片：将热能输送到室内。
4.控制系统：根据环境温度等参数控制系统工作状态，确保系统的稳定运行。
二、实验分析为了验证太阳能空气集热采暖系统的实用性，笔者在一户北方农村进行了实验。
实验结果显示，太阳能空气集热采暖系统相较于传统采暖方式有以下优点：1.节能减排：传统采暖方式大量消耗煤等传统能源，对环境造成严重污染。
而太阳能空气集热采暖系统只需利用太阳能即可完成采暖，实现了节能减排。
2.成本低廉：采用太阳能空气集热采暖系统的建设成本较低，无需购买燃料，减少了后期运营成本。
3.良好的维护性：太阳能空气集热采暖系统无火焰和烟尘排放，无需进行热管清洗和防护。
同时，系统构造简单，维护方便。
但同时也存在着以下不足：1.系统效率不高：传统采暖方式在效率上，太阳能空气集热采暖系统相对较低。
虽然系统需要时刻对外界温度进行感应，但在阴雨天气或强风天气中，系统效率会下降，需要进行额外的补充能源。
2.局限性较大：太阳能空气集热采暖系统在效率上很大程度取决于气候条件。
在北方春秋季节、冬季朝晚及阴雨天气等气候条件下，系统效果受到影响，不太适用。
三、发展前景通过实验可以发现，太阳能空气集热采暖系统的使用效果比较稳定，在阳光充足的情况下可以最大限度地利用太阳能。
北方农村户用太阳能空气集热采暖系统实验分析
太阳能+Solar energy +摘要：为了研究太阳能空气集热采暖系统在北方农村地区的运行特点，文章以石家庄某农户所用的太阳能空气集热采暖系统为对象，对该系统在不同天气条件下的运行效果进行实验分析。
分析结果表明：白天，不同天气条件下房间温度可以保持在18～22℃；夜间，房间温度可以保持在15～18℃。
研究结果可为太阳能空气集热采暖系统在北方农村地区的推广提供参考。
0 前言目前，我国北方农村地区冬季主要燃用煤、木材、秸秆等进行取暖，导致大气污染物排放量较大。
因此，迫切需要在北方农村地区推广清洁取暖技术。
太阳能采暖系统将收集到的太阳辐射能转化为热能并用于取暖，是一种清洁能源取暖方式。
目前，常用的太阳能采暖系统为太阳能热水系统，该系统的循环工质为水[2]-[4]。
这使得太阳能热水系统的抗冻性能较差，并存在管路结垢、锈蚀，以及真空管破损后导致水资源损失等问题。
基于此，国内外学者对太阳能空气集热采暖系统进行研究，提高了该系统中太阳能空气集热器的换热性能[5]~[8]。
太阳能空气集热采暖系统的循环工质为空气，该系统具有不防冻、无结垢、不腐蚀，以及当少量工质泄漏时不影响自身的运行性能等优点[9]-[10]。
本文以太阳能空气集热采暖系统为研究对象，根据实验数据对该系统的运行效果进行研究分析。
1 实验设计1.1 实验条件石家庄市处于北纬38°43′，东经114°55′，属暖温带半湿润季风大陆性气候，全年平均气温为14.9℃，平均风速为1.4m/s，平均日辐照量为4900MJ/㎡，平均日照时数为2500h，属于太阳能资源二类区域。
石家庄市冬季采暖期为120天（11月15日至次年3月15日）。
本文的太阳能空气集热采暖系统位于石家庄市平山县某农村建筑上，该建筑取暖面积为100㎡，采用太阳能空气集热采暖系统和电加热辅助采暖系统进行供暖。
室内采暖设计温度范围为18～22℃。
1.2 实验系统太阳能空气集热采暖系统的结构示意图见图1。
全玻璃真空管太阳能空气集热器热性能试验方法研究
1 —真空管集热器 2 —离心风机 3 —旁通阀 4 —稳压箱 5 —孔板流量计 6 —测温箱 7 —半 球风速仪 8 —电加热器 9 —温控箱 10 —测温 热电偶 11 —测压管 12 —总日射表 13 —倾斜 管压力计 14 —测试仪器
图 1 热及流动性能测量系统示意图 Fig. 1 Heat and flow performance measurement arrangement for airflow in a tube
一般太阳能集热器热性能测试主要按以下两个 思路进行 。 1) 用对比实验
该方法主要是通过在相同实验条件下对两个尺 寸相近 、类型相似的集热器进行实验 (其中之一是标 准集热器) 而得出的 。 2) 绝对热测实验
这种热测实验需要在较大范围的实验条件下确 定表征热性能的一些参数 ,经过一定的数学处理后 , 可用它对集热器的长期性能作出预测 。
ηg
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mcP (
Tf ,e Ag I
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14 4 太 阳 能 学 报 22 卷
0 引 言
ASHRAE93286 标准对太阳能集热器性能的测试 条件 、测试仪器的精度 、测量参数的选择及数据的整 理等都做了具体的规定 ,但该标准是基于平板集热 器测试经验上的 ,对全玻璃真空管集热器 ,由于其吸 热体与平板有不同的几何结构 ,造成了它不同于平 板集热器的光学特性及瞬时热性能 。本项研究的重 点是全玻璃真空管空气集热器的热延迟常数 、时间 常数 、角度修正因子及瞬时热效率等热性能的实验 方法 。目的是找到一套有补充 ASHRAE93286 标准 , 适合于有固定支架的全玻璃真空管空气集热器热性 能测试的方法 。
太阳能空气集热器测试的实践和总结
太阳能空气集热器测试的实践和总结
马光柏;苏士民;周玲;丰中玉
【期刊名称】《太阳能》
【年(卷),期】2013(000)024
【摘要】根据多年太阳能产品检测经验,在借鉴相关研究成果的基础上,制作了一套空气集热器热性能测试系统.本文总结了系统建设和测试过程中的经验,以期能对相关人员的研究和测试提供参考.
【总页数】5页(P49-53)
【作者】马光柏;苏士民;周玲;丰中玉
【作者单位】山东力诺瑞特新能源有限公司;山东力诺瑞特新能源有限公司;山东力诺瑞特新能源有限公司;山东力诺瑞特新能源有限公司
【正文语种】中文
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太阳能-空气源热泵复合系统供暖性能研究
太阳能-空气源热泵复合系统供暖性能研究发布时间：2021-12-16T02:21:29.811Z 来源：《房地产世界》2021年13期作者：张岩[导读] 当采用辐射地暖末端供暖时，太阳能热泵联合供暖时COP由热泵单独供暖的2.67提升至3.89，联合供暖费用是热泵独立供暖费用的57.1%，在不同天气情况下均证明了该系统在某地区的节能性和经济性。
身份证号码：37142819881029xxxx 摘要：随着生态环境的不断恶化，我国越来越重视绿色环保的观念，本文将太阳能集热与空气源热泵结合，在某地区针对辐射地暖和风机盘管两种换热末端的供暖特性进行实验对比和模拟验证，结果表明辐射地暖温度场均匀，具有更好的热舒适性。
当采用辐射地暖末端供暖时，太阳能热泵联合供暖时COP由热泵单独供暖的2.67提升至3.89，联合供暖费用是热泵独立供暖费用的57.1%，在不同天气情况下均证明了该系统在某地区的节能性和经济性。
关键词：风机盘管；太阳能；空气源热泵；联合供暖引言目前，随着绿色建筑、建筑节能的不断普及，将太阳能热利用与空气源热泵技术有机结合，构成太阳能/空气源热泵系统，其开拓应用引起广泛关注。
它主要有直膨式、串联式、并联式和双热源式4种组合形式。
国内外的研究最早主要集中在直膨式太阳能/空气源热泵复合热水系统，随着发展研究投入，至当前各地区对串联式太阳能/空气源热泵复合热水系统应用较少且偏集中于寒冷地区，并联式系统应用研究相对较多，双热源式系统虽然理论研究颇多，但由于过于复杂和成本高造成实用性差。
1.概述本文设计的太阳能热泵复合系统原理图如图1所示，由太阳能集热部分、空气源热泵以及室内换热末端3部分构成。
选用非直膨并联形可以保证热泵模块的相对独立，具有更高的能效，且并联式系统对热泵改动少，便于维护和修理。
太阳能集热模块由太阳能集热器、电磁阀、变频循环泵和太阳能集热水箱组成，空气源热泵主要由变频压缩机、四通换向阀、翅片管换热器、电子膨胀阀以及内含换热器的热泵集热水箱构成，主要作用是在太阳辐射不足的条件下完成制热蓄热供热。
我自主研发出中温太阳能真空集热管和集热器
在传统观念中，绝缘体会阻碍 电荷传输 ，因此一般来讲 ，在半导体／ 绝缘体复合材料中． 绝缘相往往扮演着降低材料 电学性能的角色。 然而近年来研究人员发现 ， 在特定外场条件下， 复合材料二维表面处的载流子迁移率并不差 。杨 小牛课题组首次在体相半导体／ 绝缘高分子 复合 材 料 中发现 并 确认 了绝 缘基 质 增 强 的半 导体 电荷 传输 现象 ， 随后 将 这 一规律 推 广到 无特 定外场条 件下的三维体系，并用更具普适性的物理量一电导率来论证 了这一点。 通过 控 制 聚 噻吩／ 绝缘 聚 合物 共 混 物制 备 过程 中结 晶和 相 分离 的 竞 争关 系 ，可抑 制 大 尺 度的两相分离，由此得到均匀的半导体／ 绝缘体复合材料。这种材料表现出绝缘基质增强的 半导体 电荷传输现象。 研究人员认为， 载流子以极化子形式在复合材料 中进行传导。由于绝 缘 基 质极 化 率较 低 ，极 化 子在 半导 体／ 缘 体 界面 处 传输 时受 到 周 围极化 环 境 的影 响较 小 ， 幺 色 有助于降低界面处的电荷传输活化能，由此提高了两相界面处的载流子迁移率。 从此意义上
技术பைடு நூலகம்新， 填补了全玻璃真空太 阳能集热管在 １０ ５ ℃温 区的技术空 白， 达到 了国际领先水平。 “ 中温 太 阳 能真 空集热 管和 中温真 空 管集 热器 ”两项新 产 品是力 诺集 团与清 华大 学历 时 三 年 时 间共 同研 发 的 。该项 目先 后 被列 入 国家 科技 支撑 计划 、 山东省 ２ ０ 度 自主创 新 成 ０ ９年
了条件，节能效果显著。以力诺光热集 团年产 ２０ 万支中温太阳能真空集热管计算 ，年可 ００
２ ８
８ ２ Ｘ ０ １ ２
太阳能空气集热器结构及其热特性试验研究及仿真
太阳能空气集热器结构及其热特性试验研究及仿真一、绪论太阳能热利用是一种清洁、可持续的能源利用方式，因其具有环保、经济、可靠等诸多特点，逐渐受到人们的青睐。
太阳能空气集热器是太阳能热利用中的一种常用设备，其可以将太阳辐射热转化为空气温度，以满足各种供热、供风等需求。
二、太阳能空气集热器结构与工作原理太阳能空气集热器主要由集热器、热交换器、送风机和控制器四部分组成。
1. 集热器集热器的主要作用是收集太阳辐射热，将其转化为热能以供应空气加热所需的热量。
其中，太阳能空气集热器常采用黑色涂料涂层的金属板材或太阳能吸收膜作为集热器的表面，以吸收太阳辐射热。
2. 热交换器热交换器是太阳能空气集热器中非常关键的组成部分，其主要作用是将集热器收集到的热能传递给送风机吹入的空气。
热交换器的冷却面积应该尽量大，以提高热交换器的传热效率，同时也要满足集热器和热交换器之间的热传递量尽量小。
3. 送风机送风机是太阳能空气集热器输出空气的主要设备，其主要作用是将吸入的空气加热后送入需要加热的室内。
太阳能空气集热器的送风机由于其直接受热，所以应采用高温封装技术，以保证其长期稳定运行。
4. 控制器控制器是太阳能空气集热器的重要配件，其主要作用是控制集热器和热交换器之间的热量传递，同时也要控制送风机的启动和停止时间，以保证太阳能空气集热器的正常运行。
三、太阳能空气集热器热特性实验研究在实验过程中，首先构建一个太阳能空气集热器，并安装温度传感器、送风机和气流量测量设备等多种测量及控制装置。
接着进行了太阳能空气集热器在不同日照强度下的试验，其结果如下。
1. 不同日照强度下的空气温度变化空气温度随着日照强度的变化而发生了明显的变化，随着日照强度的增强，空气温度也随之升高，而当太阳辐射强度达到一定程度时，其温度也出现了饱和现象，即温度增加速度缓慢，直到接近饱和点时温度变化很小。
2. 不同日照强度下的传热效率变化随着太阳辐射强度的增加，热交换器的传热效率也相应地增加，当日照强度到达一定值后，热交换器的传热效率趋于平稳。
太阳能光热技术国内外研究现状
太阳能光热技术国内外研究现状就目前来说，国内外利用太阳能光热技术主要用来发电，通过收集和吸收太阳辐射来加热水或空气，通过高温蒸汽来驱动蒸汽轮机发电，这种发电方式叫做聚光式发电[6]。
世界上所使用的太阳能热发电形式主要有：太阳能塔式发电系统、太阳能槽式发电系统、太阳能碟式发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统[7]。
随着太阳能热发电技术的发展，国内也大量研发出太阳能热发电的技术和装备，甚至一些研发部门已经设计出可商业化的热发电系统。
而在其他领域，太阳能光热技术的应用还不是十分广泛,仅在一些方面小规模应用。
刘余、徐伟巍[8]提出建立太阳能光热技术与建筑相结合的系统，使建筑更加节能，通过该系统可以将太阳能与建筑紧密结合，具有良好的发展前景。
专利CNXX10127145.9[9] 提出将太阳能电池组件与太阳能集热器整合，形成太阳能光热系统。
不但可更有效的利用太阳能，亦可有效降低太阳能组件所累积的热能，更加可靠，效率更高。
30288在本课题中，主要应用太阳能光热技术来促使工质受热膨胀，驱动装置运转。
整体装置分为三个部分：集热装置、驱动装置以及追踪装置。
太阳能集热装置是提高光热转换效率的关键，国内外对该部分进行了多方面的研究。
袁颖利[10]等人研制了一种真空管太阳能空气集热器，该集热器使用内插管结构，能极大提高集热效率，并降低总体热损系数。
任云锋、鱼剑琳[11]等人结合复合抛物面聚光器(CPC)和热管平板式集热器，设计了一种新型太阳能集热器，该集热器以平面吸热板为接收器，集热温度和集热效率比普通平板式太阳能集热器高，并且集热过程中热损失较低。
Hamid Mohadam、Farshad Farshchi Tabrizi[12]等人对太阳能平板集热器进行研究，使用数学建模设计出太阳辐射吸收率最大化的前提下平板的倾斜角度，并将其设计出的结果与气象站观测到的数据相比较，证明该倾斜角度与实际过程的太阳辐射变化能完美的匹配。
内插式真空管集热器集热性能提升技术研究综述
内插式真空管集热器集热性能提升技术研究综述
田宇;赵笑言;史建军;荣志强;董知非;姜鑫
【期刊名称】《沈阳工程学院学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2024(20)1
【摘要】真空管太阳能集热器是太阳能热利用的重要途径。
内插式真空管集热器是一种结构优化后的真空管集热器,为提升其集热性能,介绍了内插式真空管集热器的工作原理,对其传热机理进行了分析,归纳了当前对内插式真空管集热器的集热性能的研究现状,并在此基础上通过建立集热效率关于环境参数及流量的关联式、改进内插管主管和支管管径尺寸、综合优化集热器布置方式及管间距并设置反射板的方式等方法分析了存在的问题,为低成本、高效率的内插式真空管集热器的研究发展提供了参考依据。
【总页数】5页(P23-27)
【作者】田宇;赵笑言;史建军;荣志强;董知非;姜鑫
【作者单位】中电投东北新能源发展有限公司;中电投东北能源科技有限公司;沈阳工程学院能源与动力学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK515
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1.内插式真空管空气集热器的热性能研究
2.真空管式太阳集热器管间遮阴分析
(二)——真空管太阳集热器管中心距比的优化分析3.真空管式太阳集热器管间遮阴
分析(一)——遮阴对真空管集热器日能量采集的影响4.内插式太阳能真空管空气集热器性能分析5.内插式太阳能真空管空气集热器实验研究
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热管真空管太阳能集热器应用于乌鲁木齐地区集热性能的实验研究
热管真空管太阳能集热器应用于乌鲁木齐地区集热性能的实验研究张叶;齐典伟;邵宗义;沈向东【摘要】文章分析和研究乌鲁木齐地区冬季供暖期,室外气象条件、集热器工质进口温度对热管真空管式太阳能集热器综合集热效率和工质出口温度的影响规律.结果表明,在乌鲁木齐冬季利用热管真空管太阳能集热器作为供暖热源时,集热器工质最佳体积流量为0.2 m3/h;集热器有效集热量随太阳辐射强度增大呈线性增加趋势;热管真空管太阳能集热器的平均效率高达45％.【期刊名称】《新疆大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(033)004【总页数】5页(P486-490)【关键词】热管真空管太阳能集热器;热性能;实验研究;乌鲁木齐【作者】张叶;齐典伟;邵宗义;沈向东【作者单位】新疆大学建筑工程学院,新疆乌鲁木齐830049;新疆大学建筑工程学院,新疆乌鲁木齐830049;同济大学机械与能源学院,上海201804;北京建筑大学供热供燃气通风及空调工程北京市重点实验室,北京100044;新疆大学建筑工程学院,新疆乌鲁木齐830049【正文语种】中文【中图分类】TK5110 引言目前，新疆地区全年煤炭消费量在一次能源消费结构中所占的比重达72%以上，冬季工业和供热耗煤量占全年耗煤量的2/3以上，平均耗煤量在供暖季是国家标准的近2倍[1−3]．供暖季巨大的煤炭消费量不仅增加了污染物的排放量，加剧了环境污染，也使得大气污染呈季节性变化，在乌鲁木齐长达6个月的供暖季中极端污染天气时有发生．若应用清洁新能源和可再生能源对建筑进行供暖，不但可以改善我国能源结构多元化配置，也可以有效地缓解环境污染季节性变化的问题[4]．太阳能作为最为充沛的清洁能源，在建筑能源中受到了越来越多的重视．其中，太阳能供暖系统因具备较高的能量转换效率和相对较低的投资成本，具有巨大的环境效益、社会效益和经济效益[5−7]．在乌鲁木齐地区如能有效地将太阳能供暖技术加以利用，则能大幅度降低乌鲁木齐地区冬季建筑供暖能耗．太阳能集热系统作为太阳能供暖系统主要热量来源，其选择是否合理直接影响系统供暖的稳定性．乌鲁木齐地区处于严寒地区，冬季温度最低可达-20◦C[8]，若在该地区冬季利用太阳能进行供暖，需要选择具有防冻性能的太阳能集热器，因此抗冻性较好的热管式真空管太阳能集热器在乌鲁木齐得以大量使用．但热管真空管太阳能集热器作为乌鲁木齐地区冬季供暖热源时，缺乏其传热特性和集热效率的相关研究数据．为此，本研究通过实验的方法对热管真空管太阳能集热器作为热源应用于乌鲁木齐供暖系统时的传热特性和集热效率进行了实验研究，以期为乌鲁木齐地区冬季利用太阳能进行供暖的实际应用和太阳能供暖系统的设计提供基础数据．1 太阳能集热器集热性能分析1.1 热管真空管太阳能集热器构造本研究所用热管真空管太阳能集热器构造如图1(a)所示．每组集热器包括16根热管真空管和连集管、导热块、隔热材料、保温盒等，见图1(b)所示；单根热管真空管如图1(c)所示，每一根热管真空管通过导热块连接在连集管[9]．图1 热管真空管太阳能集热器结构示意图1.2 太阳能集热器的传热过程分析当热管真空管集热器接收到太阳辐射时，每一根热管真空管会将太阳辐射能转换为热能并通过热管将热量传递给连集管内的传热媒体（本研究中为质量浓度70%的丙二醇防冻液），使得连集管内的传热媒体逐步升温，最终将热量传递到辐射供暖末端．根据能量守恒定律，热管真空管太阳能集热器在单位时间内得到的有用能量为集热器吸收的太阳辐射能和向周围环境损失热量之间的差值，即式中，QU是单位时间内集热器输出的有用能量；QS是相同时间段内集热器接收的太阳辐射能量；QL是相同时间段内集热器损失的总热量，单位都为W．太阳能集热器的集热效率被定义为集热器输出的有用功率与投射到集热器上太阳辐射功率之比[10]，即式中，η是太阳能集热器的集热效率；G是太阳辐射强度，W/m2；Ap是集热器吸热板面积，m2．如果用集热器连集管工质进口温度Ti表示热管真空管集热器的瞬时效率方程，则有[10]式中，AS是集热器的采光面积，m2；Ti是集热器连集管工质进口温度；FR称为集热器热转移因子，其物理意义是集热器实际的有用能量与假想吸热板温度为工质进口温度时的有用能量之比．从式（3）可以看出热管真空管太阳能集热器的效率和太阳辐射强度、室外温度以及热转移因子密切相关，而热管真空管的热转移因子和集热器工质流量相关，因此有必要通过实验重点分析和研究乌鲁木齐地区冬季供暖期室外气象条件（太阳辐射强度、室外干球温度、风速等参数）、集热器工质进口温度、不同太阳能集热器面积等因素变化对热管真空管式太阳能集热器综合集热效率、工质出口温度等参数的影响规律．为此本研究制定了相关实验方案，对热管真空管太阳能集热器的性能进行研究．2 实验方案及测试2.1 实验方案根据上述分析，为了掌握乌鲁木齐冬季热管真空管太阳能集热器热性能变化规律，实验方案见表1．表1 太阳能集热器性能实验工况重点对以下因素及其影响规律进行考察：（1）太阳辐射强度一定和太阳能集热器面积一定时，集热器工质流量变化对热管真空管太阳能集热器集热量和热管真空管太阳能集热器出口工质温度的影响规律（工况1）；（2）太阳辐射强度一定、热管真空管太阳能集热器工质进口温度与集热器工质流量一定时，室外空气温度变化对热管真空管太阳能集热器工质出口温度的影响（工况2）；（3）其他条件一定，太阳日总辐射强度变化对集热器工质出口温度的影响（工况3）．2.2 测试仪器及数据采集实验台采用本实验室已有的太阳能相变蓄热实验台[11]．室外太阳辐射强度采用锦州阳光太阳总辐射测量仪（TBQ-2A）测量，测量范围0∼2 000 W，精度±5%，实验过程中将总辐射仪朝南向50˚放置，倾斜角与集热器倾角相同．室外温度数据由PTS-3环境温度测试仪测试，测量范围-50◦C∼+80◦C，精度±0.1◦C．室外风速风向由EC-9S-9X进行测量，测量范围风速0∼70 m/s，精度±(0.3+0.03V)m/s，风向0∼360˚，精度±0.5◦．太阳能集热器进出口温度采用测量精度较高的铠装铂电阻PT100进行测量，测量之前进行了标定，测温精度±0.1˚C．太阳能集热器热媒流量采用型号为LDE-20电磁流量计（测量精度±0.5%）．所有数据采集时间间隔为300 s．3 实验结果分析3.1 集热器工质流量变化对热管真空管太阳能集热器热工性能的影响（工况1）为了探究集热器工质流量变化对热管真空管太阳能集热器热工性能的影响，本研究以表1中工况1为实验条件进行实验，实验结果如图2所示．从图2可以看出在基本相同的太阳辐射强度下，随着集热器工质流量的增加，集热器工质出口温度不断下降，进出口温差逐渐减小，当工质体积流量为0.2 m3/h 时，集热器工质进出口温差可以达到10˚C，工质体积流量增加至0.4 m3/h时，集热器工质进出口温差仅为5.5˚C左右，工质体积流量为1.0 m3/h时，集热器工质进出口温差仅为2˚C．这是因为当室外太阳辐射强度一定时，热管真空管太阳能集热器的有效集热量基本确定，增大体积流量，必然会导致集热器工质出口温度的下降．同时根据前述热管真空管太阳能集热器的传热过程分析，如果集热器工质体积流量大，热管真空管太阳能集热器工质出口温度偏低，会使得太阳能集热系统有效供暖时间变短．太阳能集热器系统作为房间供暖热量的来源，必然需要一定的温差作为循环推动力，因此根据实验结果可以得出热管真空管太阳能集热器的最佳工质体积流量应控制在0.2∼0.3 m3/h，以保证工质进出口温度差在7∼10˚C之间．3.2 室外空气温度变化对热管真空管太阳能集热器热工性能的影响（工况2）图3展示了室外空气温度变化对热管真空管太阳能集热器热工性能的影响，实验条件如表1中工况2．图2 工况1集热器流量对集热器工质出口温度和集热量的影响图3 工况2不同室外温度集热器出口温度和集热量的变化规律从图3可以看出在瞬时太阳辐射强度一定，集热器工质进口温度一定，集热器工质体积流量一定时，室外温度的变化对于集热器出口温度的影响并不大，太阳辐射强度500 W/m2时，室外温度分别为-8˚C和2˚C时，热管真空管太阳能集热器工质出口温度分别为35.2˚C和36.1˚C，热管真空管太阳能集热器的瞬时集热量分别为966 W和1 144 W，随室外温度的增加瞬时集热量仅有小幅度增加．这是因为当太阳辐射强度一定时，室外温度越高，则热管真空管内部的吸热板向周围环境的散热损失会越小，因此热管真空管太阳能集热器的瞬时集热量也会有所增加．因此通过工况2实验可以得出在同一太阳辐射强度下，集热器工质进口温度一定，集热器工质体积流量一定时，冬季室外温度的变化对于热管真空管太阳能集热器工质出口温度的影响并不大，仅集热器的瞬时集热量会随着室外温度的升高有小幅增加．3.3 太阳日总辐射强度变化对热管真空管太阳能集热器热工性能的影响（工况3）工况3实验主要分析热管真空管太阳能集热器集热面积8 m2，集热器工质体积流量0.2 m3/h，地板辐射供暖系统末端盘管内热水体积流量0.2 m3/h．太阳日辐射强度较高的晴好天气、太阳日辐射强度中等的一般天气、太阳日辐射强度偏低的多云天气，利用太阳能供暖，热管真空管太阳能集热器工质进出口温度的变化趋势，实验结果整理如图4所示．从图4可以看出，热管真空管太阳能集热器有效集热量随太阳辐射强度增大呈线性增加趋势，太阳辐射强度为7.2MJ/(m2·d)、13.8MJ/(m2·d)和21MJ/(m2·d)时，对应集热器工质出口最高温度分别40˚C、46˚C、56˚C，对应热管真空管太阳能集热器单位面积有效集热量2.7 MJ/m2、5.28 MJ/m2、8.16 MJ/m2．单位面积热管真空管太阳能集热器的有效集热量也随太阳辐射强度的增大线性增加．从工况3的实验结果看出在乌鲁木齐冬季不同室外太阳辐射强度下，热管真空管太阳能集热器的有效集热量及集热器工质出口可以达到的最高温度和热管真空管太阳能集热器工质出口温度的变化情况．3.4 太阳能集热系统的平均效率为了更好的了解热管真空管太阳能集热器在乌鲁木齐地区整个供暖季的集热性能，笔者根据2012年至2014年冬季期间大量的实验数据，采用最小二乘法拟合出热管真空管太阳能集热器作为供暖热源时的平均效率．从实验测试结果中选取室外风速＜2m/s时，集热器工质进出口温度、集热器工质流量、室外温度、太阳辐射强度以及对应的热管真空管太阳能集热器采光面积一系列的测试数据，然后根据式（4）分别计算出以采光面积和集热器工质进口温度为参考的归一化温差T∗[9]，并画在如图5所示的由集热器效率和归一化温差组成的坐标系中，用最小二乘法拟合可以得到热管真空管集热器作为乌鲁木齐地区冬季供暖热源时其平均效率方程的线性表达式．式中，是以太阳能集热器工质进口温度为参考的归一化温差，是实验期间室外平均温度．通过图5回归结果可得出在乌鲁木齐冬季低温条件下，热管真空管太阳能集热器的集热器效率为图4 相同太阳辐射强度太阳能集热器的有效集热量及集热器出口最高温度图5 集热器平均效率曲线从以上实验结果回归分析可以得出在乌鲁木齐冬季应用热管真空管太阳能集热器进行供暖，热管真空管太阳能集热器的平均效率高达45%．4 结论根据实验研究得出以下结论：（1）室外气象条件一定、集热器工质流量一定，集热器集热面积越大，热管真空管太阳能集热器工质出口温度越高；（2）太阳辐射强度一定、太阳能集热器面积一定，热管真空管太阳能集热器工质体积流量从0.2 m3/h到1.0 m3/h变化时，热管真空管太阳能集热器的瞬时集热量并没有发生显著变化，但热管真空管太阳能集热器工质出口温度随流量的增加而降低，通过实验可知热管真空管太阳能集热器最佳工质体积流量为0.2 m3/h；（3）太阳辐射强度一定，热管真空管太阳能集热器工质进口温度与集热器工质流量一定，室外温度变化对于热管真空管太阳能集热器工质出口温度的影响并不大，仅热管真空管太阳能集热器的瞬时集热量会随着室外温度的升高有小幅增加；（4）其他条件一定，热管真空管太阳能集热器有效集热量随太阳辐射强度增大呈线性增加趋势，供暖期间热管真空管太阳能集热器工质出口温度最高可达60˚C以上；太阳辐射强度为7.2 MJ/(m2·d)、13.8 MJ/(m2·d)和21 MJ/(m2·d)时，对应集热器工质出口最高温度分别40˚C、46˚C、56˚C，对应热管真空管太阳能集热器单位面积有效集热量2.7 MJ/m2、5.28 MJ/m2、8.16 MJ/m2．（5）通过大量的实验实测结果通过最小二乘法进行回归分析可以得出在冬季，热管真空管太阳能集热器的平均效率高达45%．参考文献：[1]中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2014.[2]张利,雷军,张小雷.1952年—2008年新疆能源消费的碳排放变化及其影响因素分析[J].资源科学,2012,34(1):42-49.[3]冉启英,李莉.能源消费与经济增长的协整分析:以新疆为例[J].特区经济,2013(1):111-112.[4]江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005,35(5):30-40.[5]何梓年.太阳能热利用与建筑结合技术讲座(一)太阳能在建筑中应用概述[J].可再生能源,2005,23(1):71-73.[6]何梓年.太阳能热利用与建筑结合技术讲座(六):太阳能在建筑中应用的前景[J].可再生能源,2005,23(6):84-86.[7]何梓年.太阳能热利用与建筑结合技术讲座(三)太阳能采暖系统[J].可再生能源,2005,23(3):85-88.[8]建设部.民用建筑热工设计规范(GB50176—93)[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.[9]何梓年,李炜,朱敦智.热管式真空管太阳能集热器及其应用[M].北京:化学工业出版社,2011.[10]张鹤飞.太阳能热利用原理与计算机模拟(第2版)[M].西安:西北工业大学出版社,2004.[11]ZHANG Ye,CHEN Chao,JIANG W W,et al.Experiment research on thermal performance of solar energy-phase change storage-f l oor radiant heating combine-system in Urumqi China[C].Calgary Canada:7th International Cold Climate HVAC Conference,2012:101-108.。
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万方数据
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１４３２太阳能学报３ｌ卷
图５安装倾角影响测试实验台
Ｆｉｇ．５Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｅｔｕｐｏｆｅｖａｃｕａｔｅｄｔｕｂｕｌａｒａｉｒ
ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｆｏｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅｒｅｓｅａｒｃｈ
最后热空气从真空管出口处排出。
内插管进出口处布有Ｐｔｌ００热电阻温度传感器，太阳总辐射仪就近安装在实验台旁边，高度适中。
通过数据线将各数据信号传至实验室内的数据自动采集系统。
为了保证测试叮靠性，采用四线制接线，在测试之前对传感器进行基本标定，同时采取１０ｓ的时间间隔进行高密度数据采集。
主要测量物理量包括不同朝向和倾角下内插管进出口温度、空气流速、太阳辐射强度等，进而可以得到不同安装情况下集热温度和集热效率随时间的变化情况。
３．２测试结果及分析
南北朝向下在００～９０。
范围内调节集热管的倾角，同时保持集热管正面朝南，在不同倾角下测试其全天运行性能。
图６为南北朝向不同倾角测试当天太阳辐射条件、入口空气温度和集热管的日平均效率以及出口平均温度分布情况，其中内插管入口空气流速为４．２ｍ／ｓ。
各安装工况对应的全天平均太阳辐射强度均在３５０～５００Ｗ／ｍ２之间。
００倾角下对应的平均太阳辐射接近５００Ｗ／ｍｚ，入口空气温度在２５～３０℃之间。
全天平均出口温度约为５２℃，日平均集热效率略低于５０％。
１００倾角对应的平均太阳辐射强度接近４５０Ｗ／ｍ２，入口空气平均温度在２５—３０℃之间，在当天的环境条件下日平均集热效率为５２．８％，出口空气平均温度与ｏ。
倾角时相近。
２００Ｎ斜角时的平均太阳辐射强度约为４５０Ｗ／ｍ２，入口空气温度平均为１５℃。
当天出口空气平均值为４０℃，
飞
眨
∞
倾角／（ｏ）
ａ．太阳辐射和入口温度
倾角／（ｏ）
ｂ．平均效率和出口平均温度
图６南北朝向不ｌ司倾角Ｆ测试条件和
集热管日平均效率以及出口温度分布
Ｈｇ．６Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｎｄｉｆｉｏｍａｎｄａｖｅｒａｇｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ＆ｏｕｔｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｆｉｏｎｏｆｅｖａｃｕａｔｅｄｔｕｂｅ
ｕｎｄｅｒＳ－Ｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｔｖａｒｉｏｕｓｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅｓ
日平均效率约为５１％。
３０。
倾角对应的日平均太阳辐射强度在３５０—４００Ｗ／ｍ２之间，入口平均温度略高于２０℃。
倾角３００为测试当天的日平均效率在６０％以上，出口空气温度约为５０。
Ｃ。
随着倾角的增大，在３０。
一７０。
调节集热管倾角时，在当天的测试条件下全天平均集热效率约为６０％。
继续增加倾斜度，当集热管调节至９０。
垂直放置时，集热效率有下降趋势，日平均效率略高于４７％。
分析原因，当集热管垂直安装时集热管接收太阳辐射的效果变差，并且管内空气流动阻力变大，不可逆损失增大。
同时还与测试环境条件有关，当天环境温度较低，入口温度接近５０Ｃ，使热损失有一定增加。
此外集热器的时间常数也是一个重要的性能参数，它反映了集热器对瞬变阶跃输入响应的速度快慢。
侯宏娟等哺１在现有的集热器时间常数测试方法基础上经过理论分析提出了一种较为简便的时间常
数测试方法，并通过实验进行了验证。
与采用万方数据
万方数据
内插式太阳能真空管空气集热器实验研究
作者：袁颖利， 李勇， 代彦军， 王如竹， Yuan Yingli， Li Yong， Dai Yanjun， Wang Ruzhu
作者单位：上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海,200240
刊名：
太阳能学报
英文刊名：ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
年，卷(期)：2010,31(11)
1.侯宏娟;王志峰;王如竹集热器时间常数测试方法研究[期刊论文]-太阳能学报 2006(04)
2.Surajitr Pramuang;Exell R H B The regeneration of silica gel desiccant by air from a solar heater with a compound parabolic coneentrator[外文期刊] 2007(01)
3.Romdhane B S The air solar collectors:Comparative study,introduction of baffles to favor the heat transfer 2007(01)
4.Hikmet Esen Experimental energy and exergy analysis of a double-flow solar air heater having different obstacles on absorber pIales[外文期刊] 2008(06)
5.谢红全玻璃真空管空气.热水两用式太阳能集热器理论与实验研究 2005
6.陈滨;薛静;杨文秀新型变色幕墙太阳能空气集热器冬季热性能实验研究[期刊论文]-暖通空调 2007(08)
本文链接：/Periodical_tynxb201011010.aspx。