太阳能利用技术论文设计

太阳能利用技术

结课论文

题目：太阳集热器研究

院（部）：建筑城规学院

专业：建筑学（太阳能建筑一体化）班级：建筑106

姓名：越

学号：2010011276

指导教师：舒海静

完成日期：2013年6月28日

摘要

在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。本文主要讨论太阳集热器在建筑中的应用。

关键词：太阳集热器；发展现状；工作原理；组成结构；设计方法；前景与革新；建筑一体化

1前言

1.1 太阳集热器概述

太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置。这短短的定义却包含了丰富的含义：第一：太阳能集热器是一种装置；第二：太阳能集热器可以吸收太阳辐射；第三：太阳能能集热器可以产生热能；第四：太阳能集热器可以将热能传递到传热介质。

太阳能集热器虽然不是直接面向消费者的终端产品，但是太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。无论是太阳能热水器、太阳灶、主动式太阳房、太阳能温室还是太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电等都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件的。

2太阳能集热器发展现状

2.1我国平板集热器、真空管集热器现状概述

太阳能光热应用中，平板集热器也是最早得到应用的产品，而且一度发展得很快。但由于初期产品技术和结构的缺陷，使得平板集热器从上世纪80年代的市场统治地位逐步下滑到12%左右的市场份额。首先，作为集热器核心部件的太阳能吸热材料的光热转换效率低，直接导致了太阳能集热器效率的低下；其次，由于结构上的特点，这种集热器组成的热水器平均热损系数较大，从而导致热水器的整体热效率不高；另外，我国的太阳能热水器（系统）基本上都采用直接加热太阳能集热器中水的方法。如果集热器中的水一旦冻结将直接影响集热器的正常运转，严重时还会导致集热管的涨裂。而随后发展起来的真空管太阳能热水器因冬天管的水在不排空的情况下基本不结冰或不冻坏而受到了市场的欢迎。同时，由于全玻璃真空管技术的不断创新，使其成本大幅度降低，生产企业迅速增加，促进了全玻璃真空管型太阳能热水器市场的迅速扩大。

另外，在商业运作方面，全玻璃真空管热水器被生产厂及商家宣传为热性能远高于平板太阳能热水器的产品。其主要理由是真空绝热，这一宣传极易为我国大众接受。因此，目前家用热水器国市场格局是由于产品的特点和价格等因素形成的，可以预见在家用热水器中低端市场中全玻璃真空管热水器仍将占据主流。目前，随着太阳能光热利用技术的不断成熟，以及人们对于太阳能光热产品的要求不断提高，特别是太阳能与建筑一体化技术的提出，平板集热器的优势日渐突出，其市场份额在近两年中也在逐步上升。

2.2 太阳集热器分类

2.2.1按集热器的传热工程类型分类

按集热器的传热工程类型，太阳能集热器可分为两大类型。

（1）液体集热器。液体集热器是用液体作为传热工质的太阳能集热器。

（2）空气集热器。空气集热器是用空气作为传热工质的太阳能集热器。

2.2.2按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分类

按进入采光口的太阳辐射是否改变方向，太阳能集热器可分为两大类型。

（1）聚光集热器。聚光型集热器是利用反射器，透镜或其他光学器件将进入采光口的太阳辐射改变方向并会聚到吸热体上的太阳能集热器。

（2）非聚光型集热器。非聚光型集热器是进入采光口的太阳辐射不改变方向也不集中射到吸热体上的太阳能集热器。

2.2.3按集热器是否跟踪太阳分类

按集热器是否跟踪太阳，太阳能集热器可分为两大类型。

（1）跟踪集热器。跟踪集热器是以绕单轴或双轴旋转方式全天跟踪太阳视运动的太阳能集热器。

（2）非跟踪集热器。非跟踪集热器是全天都不跟踪太阳视运动的太阳能集热器。

2.2.4按集热器是否有真空空间分类

（1）平板型集热器。平板型集热器是吸热体表面基本上为平板形状的非聚光型集热器。（2）真空管集热器。真空管集热器是采用透明管（通常为玻璃管）并在管壁和吸热体之间有真空空间的太阳集热器。其中吸热体可以由一个玻璃管组成，也可以由另一种用于转移热能的元件组成。

2.2.5按集热器的工作温度围分类

（1）低温集热器。低温集热器的工作温度在100摄氏度以下的太阳集热器。

（2）中温集热器。中温集热器的工作温度在100-200摄氏度的太阳集热器。

（3）高温集热器。高温集热器的工作温度在200摄氏度以上的太阳集热器。

3太阳能集热器工作原理

3.1平板太阳能集热器工作原理

能集热器的基本工作原理十分简单。概括地说，透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用，即为有用能量收益。与此同时，由于吸热体温度升高，通过透明盖板和外壳向环境散失热量，构成平板太阳集热器的各种热损失。这就是平板太阳集热器工作原理。

3.2全玻璃真空管集热器工作原理

理是太透过外玻璃管照射到管外表面吸热体上转换为热能，然后加热玻璃管的传热介质，由于夹层之间被抽成真空，有效降低了向周围环境散失的热损失，使集热效率得以提高。

4太阳能集热器组成结构

4.1平板太阳能集热器组成结构

图1-1 平板太阳能集热器的基本结构

平板型太阳能一般由吸热板、玻璃盖板、保温层和外壳四部分组成，具体结构如图1-1所示。

4.1.1吸热板（或吸热板芯）

吸热板式吸收太阳辐射能量并向集热器工作介质传递热量的重要部件。具体形状如图1-2所示。