太阳能集热管知识

太阳能集热管知识

太阳能热水器的直接效益分析

以济南地区为例，太阳辐照量为4773MJ/m2?a,太阳能热水器得热量为3148 MJ/ m2?a，力诺瑞特提供的“龙凤呈祥”系列LPPCA47-1516-42-ALF产品集热面积约为2m²,每年产生的热量为6296 MJ，每千克标准煤燃烧值为29.3 MJ,每立方天然气燃烧值为71 MJ，每千克干木柴燃烧值为12.6 MJ，每千克秸秆的燃烧值为14 MJ，每度电换算成能量单位能产生3.6 MJ,则我们很轻易的能够计算出：一台LPPCA47-1516-42-ALF每年能够节省214公斤标准煤、88立方米天然气、1748度电、499公斤干木柴，449公斤秸秆。

标准煤的市值为550元/吨，电为0.54元/千瓦时，天然气为2元/立方米。使用太阳能每年省煤115.5元、省电943.92元，省天然气176元，同时约减少8棵树的砍伐。

2、社会效益分析

以济南地区为例，太阳辐照量为4773MJ/m2?a,太阳能热水器得热量为3148 MJ/ m²?a，而1KG标准煤煤燃烧的能量为29308KJ，释放二氧化碳为2.26kg。绿色植物进行光合作用时，吸收空气中的二氧化碳和土壤中的水分，合成有机物质并释放氧气。各种植物由于其光合器官（内外表面积）和生长发育状况等不同，吸收二氧化碳释放氧气的能力差异也很大，以一平方米的绿叶面积一小时所消耗的二氧化碳量计算，绊根草为 4.5～6.0克，向日葵为3.7～4.3克，葡萄为1.6克。每平米草坪吸收二氧化碳3.6克，每平米落叶乔木吸收二氧化碳90克。按照草坪和落叶乔木各占一半面积组合成绿地计算，每平米绿地吸收二氧化碳46.8克。由以上直接效益分析得出换算得出结论：每平米集热器相当于3148X106/2.9308X107=107千克煤产生的热量。那么，应用集热器替代常规能源可以减少二氧化碳的排放，每平米集热器减排二氧化碳为107×2.26（每千克标准煤燃烧产生的二氧化碳量）=241.82千克。这相当于241.82÷3.6=67.17平方米草坪吸收二氧化碳的作用,相当于241.82÷90=2.69平方米落叶乔木吸收二氧化碳的作用。从此处可以看出，使用太阳能热水器其社会价值的巨大效益. 按75%加权使用率计算，1～4类太阳能资源区内平均每平方米太阳能热水器年可替代标煤为150kgce，相当417度电。每台太阳能热水器按2平方米计算，年可替代标准煤300kgce。另外按目前我国科技水平和能耗状况，各有害气体的排放因子和每平方米太阳能热水器的年减排量、效益列于上表。

单台热水器节约：能源替代量=150公斤标煤/每平方米集热面积年=0.15吨标煤/每平方米集热面积年=416.7千瓦时/每平方米集热面积/ 年

CO2减排量=330公斤/每平方米集热面积年=0.33吨/每平方米集热面积年

1、

生产工艺

一.生产工艺：

1、全称和功效：

全称：全玻璃真空太阳集热管（All-glass evacuated solar collector tubes）。它是一种简单有效的能量转换器，它通过太阳选择性吸收涂层吸收太阳能，然后转化为热能。

2、集热管结构：

集热管由具有太阳选择性吸收涂层的内玻璃管和同轴的罩玻璃管构成，内玻璃管一端为封闭的圆顶形状，由罩玻璃管封离端内带吸气剂的支承件支承；另一端与罩玻璃管一端熔封成为环状的开口端，它可分为七部分。图示如下：

1内管、2太阳选择性吸收涂层、3真空夹层、4外管、5支撑件、6吸气剂、7吸气膜

3、集热管各部分的作用：

1）内外管：内管内存水，内管外壁镀有太阳选择性吸收涂层，内外管中间形成为封闭的真空夹层以保护吸收涂层，并起到保温的作用，内、外管材料全部采用硼硅玻璃3.3，其膨胀系数在各种材料中最低。

2）太阳选择性吸收涂层：具有高的太阳吸收比和低的发射比的涂层，吸收太阳辐射并减少集热管内的热辐射，把太阳能转化为热能。

3）真空夹层：集热管外管与内管间夹层内的气体压强足够低，使气体的热传导与热对流可以忽略，提高集热管的保温效果。（注：高真空保温是目前世界上最有效的保温措施）。

4）支撑件：支撑内管圆头部位，避免内管与外管接触。

5）吸气剂：采用蒸散工艺，靠吸气材料在蒸散过程中和沉淀成膜后所具有的吸气作用而工作的吸气剂(主要成分：Ba、Ca、Mg)。

6）吸气膜：吸气膜是吸气剂经高频电加热蒸散后在外管圆头部位内壁沉淀而成银白色的膜，它具有吸气作用，通过同集热管真空夹层内残余气体进行反应，生成固态物质，以提高并保持真空夹层内真空度，达到延长集热管使用寿命的目的。（注：本品中使用的吸气剂同电视机显像管使用的吸气剂是一样的），吸气剂有效工作时为光亮的银白色镜面，失效时为半透明的乳白色物质。

生产流程

生产工艺流程：

拉封→清洗→烘干→镀膜→封口→退火→排气→烤消→包装

1）清洗：

玻璃管清洗使用去离子水清洗，去离子水的纯水电阻率达到10MΩ以上。并采用自动控温烘箱在140℃保温30分钟的状态下烘干，以保证镀膜时膜层与内管外壁结合牢固。

镀膜：

a、镀膜原理：

在一定的真空状态下（8×10-3Pa），向真空室内充入一定的氩气，氩气在电场的作用下，游离的电子获得能量电离成正离子和电子，正离子飞向负极，负离子或电子飞向正极。正离子飞向负极时，若正离子的能量大于负极（靶材）溅射能量时，靶材分子就会被轰击出来。轰出来的粒子是带有能量的，它会向四周散射，同时与空间中的某些气体分子发生反应，生成化合物（如氮化铝）。这种化合物分子连同没有反应的靶材分子沉积到工件和真空室处壳里层上，这就是形成膜层。整个镀膜时间一般保持在60分钟左右。

b. 镀膜方式：

目前国内镀膜一般采用直流磁控溅射镀膜，根据镀膜靶材不同一般有单靶镀膜和三靶镀膜两种：

单靶镀膜：靶材采用铝靶，膜层结构为Al-N/Al复合吸收涂层。

三靶镀膜：靶材采用铝、铜、不锈钢靶，膜层结构为Cu-SS/Al/N-AL/N复合吸收涂层。图示如下：

c、镀膜质量：

镀膜工艺技术不但影响集热管的集热性能，而且影响它的使用寿命，镀膜真空度的高低、膜层的薄厚都会影响集热管的使用寿命。镀膜真空度会影响膜层在玻璃上的附着度，真空度高，镀膜时杂质少，膜层附着度强。膜层厚度也会影响集热管的使用寿命，膜层在长时间高温使用过程中会逐渐分解而变薄，因而若膜层太薄，集热管在使用几年后就会因吸收层减少而藏失集热效果。

3）封口：

封口即把内管和外管管口通过高温封接到一起。

4）退火：

玻管在封接过程中，管口部位会产生应力，必须通过高温把应力消去，否则在使用过程中管口易炸裂。退火先后很重要，若先排气后退火，会由于在排气后已经形成了真空夹层，再经退火后玻璃放气，降低了管内的真空度，从而影响产品镜面光亮度。因此，现在已采用封口后退火工艺，避免了玻璃放气影响真空度的问题，提高了集热管夹层真空度。

退火应力会直接影响集热管的使用寿命，若管口部位应力消退不完全，在运输或使用过程中造成管口炸裂，导致集热管损坏报废。

5）排气：

排气是通过真空机组把内外管夹层抽成真空，增加集热管的保温效果。我公司排气时自动控制保温温度在420℃±5℃，保温时间60分钟，排气台真空度要求：复合真空计的显示值：p≤3.0×10-3Pa。

集热管排气工艺直接影响集热管的吸收和保温性能。若集热管真空度不好会造成集热管升温慢、温度低，严重的会导致镜面消失而造成集热管报废。

4) 烤消

集热管通过排气工序后，夹层内已经形成真空，但集热管内还有微量剩余气体，通过烤消使集热管内部的吸气剂与集热管内部的气体反应，从而提高集热管的真空度。

二. 质量方面

1、衡量集热管质量高低的主要指标？

吸收率、发射率、平均热损系数、夹层真空度、闷晒温度、空晒温度等。

2．企标与国标主要性能参数比较有何特点？

力诺全玻璃真空太阳集热管检验的企业标准是在国家标准《全玻璃真空太阳集热管》GB/T 17049-1997的基础上从严制定的企业内控标准。具体为：力诺集团根据产品的实际情况和市场需求，在国家标准《全玻璃真空太阳集热管》GB/T 17049-1997的第5.9.1的基础上调高了一些重要性能指标，并增加了对划伤、封口和封离部位的要求。国标与企标主要性能参数比较如下：

比较项目