太阳辐射对平板太阳能热水器换热性能研究本科毕设论文Word格式.docx

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1.2平板太阳能热水器的应用与发展4

1.3平板型太阳能集热器的展望5

第2章平板太阳能热水器工作原理及基本结构6

2.1平板太阳能热水器工作原理6

2.2平板太阳能热水器组成结构6

第3章太阳能实验研究10

3.1太阳辐射10

3.2太阳辐射的主要影响因素11

3.3实验所需要的设备与仪器11

3.4实验台14

3.5实验测试15

3.6实验结果与分析16

第4章总结23

参考文献24

致谢24

太阳辐射对平板太阳能热水器换热性能

影响的实验研究

班级：

10制冷与空调技术2姓名：

梁荣振指导教师:

何钦波

摘要:

描述了平板太阳能热水器的发展现状以及热水器的组成结构，研究了晴天、阴天、雨天三种典型天气下的太阳辐射情况，对热水温度、得热量以及集热器的集热效率进行了分析，结果表明：

天气对太阳辐照度的影响较大、辐照度对水温的影响较大。

关键词：

平板太阳能热水器，太阳辐射，得热量，集热效率

第1章绪论

我国一直非常重视新能源和可再生能源的开发利用。

2005年5月28日通过了《可再生能源法》，着重提出综合利用太阳能问题，并制定出多项支持和鼓励开展太阳能利用技术等方面的优惠政策。

《可再生能源法》中明确规定：

国家鼓励单位、个人安装和使用太阳能热水系统、供热采暖和制冷系统、光伏发电系统等设施。

国家《产业结构调整指导目录（2005年本）》中把第二十六项“环境保护与资源节约综合利用”中第34条“节能、节水、环保及资源综合利用等技术开发、应用及设备制造”列入鼓励类。

我国不仅是太阳能热水器第一生产大国，也是最大的消费或。

随着新能源的不断推广普及以及科技的进步与发展直接推动了人们对高品质生活的需求。

我国的太阳能热水器市场正在快速的发展。

2012年太阳能热水器行业受到太阳能光伏行业产能过剩的影响也受到了很深的影响。

2012年太阳能行业整体表现低迷。

但随着市场需求的不断改善，产业整合步伐的加快，以及利好政策的推出，都使得太阳能热水器行业迎来发展的重大机遇。

随着我国能源政策的调整，以及太阳能热水器行业自身的进一步发展，太阳能热水器重新回归到城市市场是十分有必要的。

此前，受“家电下乡”政策影响，许多太阳能企业放弃了城市市场。

其实太阳能城市市场不是没有，而是巨大的，是未来的趋势，关键是如何占领。

近来，国家工信部发布《关于促进太阳能热水器行业健康发展的指导意见（征求意见稿）》（简称《指导意见》），明确提出，将采取措施提高太阳能热水器行业的集中度。

工信部青睐太阳能热水器，政策的利好将会促进各地的太阳能热水器市场便会蓬勃发展。

太阳能是最清洁的能源，取之不尽用之不竭，太阳一天释放的热量足够地球使用一年，这一优势没有哪种能源可以替代。

随着国家能源政策的调整，以及太阳能热水器行业自身的进一步发展，太阳能热水器重新收复失地，回归城市已为时不远。

而平板式太阳能热水器因其更安全可靠、寿命更长、与建筑更好结合以及更舒适等特性将成为未来的发展趋势。

1.1太阳能热水器集热器分类

太阳能热利用系统中，接受太阳能辐射并向水传递热量的部件，成为太阳能系统的核心部件。

其集热效率、安全性、使用寿命、可维护性、经济性等方面因素影响业主选择。

按集热器吸热体的不同结构分为平板型集热器、全玻璃真空管集热器。

二者的性能比较见表1所示。

表1平板型与真空管集热器的比较

集热器类型

平板型集热器

全玻璃真空管集热器

集热器产水量（最低、三月份、最高/全年）

每平方米（56L～74L～117L）/88L

每平方米（44L～59L～89L）/63L

集热器全年效率

65.29%

60.57%

系统全年热效率

45%以上

40%以上

承压能力

8kg/cm2

不承压,最大工作压力0.3kg/cm2

最高温度

86℃

100℃

使用寿命

20年

玻璃管的真空度一般在4-5年就不保真,进而吸热效率降低

排污功能

集热器有排污阀，易排污

真空管下端密封，无排污功能，使用一年结水垢较多，热效率降低

安全性

高

低

抗台风能力

放置方式

与水平面有夹角

应用领域

热水

集热器容水量

1L/m2

13.5L/m2（每支管1.62L/φ47*1500）

抗冻能力/应用地域

热媒采用水时不具备抗冻能力（加防冻液后可应用冻区）

热媒采用防冻液时具备抗冻能力

无冻区，如华南地区

全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃到-20℃的地区使用。

常见故障

强度大，过水部件为金属部件,不易损坏，故障率低，较耐用，即便有一块玻璃破裂，系统不会漏水，热水系统照常工作

使用时不能缺水空晒，否则容易爆裂玻璃管

在安装2~3年后，一端进出水的储水结构，管内水结垢现象严重，影响热能吸收

一支管损坏时,整个系统漏水,系统则与漏水近似，处于瘫痪状况

1.2平板太阳能热水器的应用与发展

参照文献[1]在我国的太阳能光热应用中，平板式太阳能集热器是最早得到应用的产品，一度发展得很快。

但由于初期产品技术和结构的缺陷，使得这种集热器的发展受到了阻碍。

首先，作为太阳能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，太阳能热水器的整体热效率不高；

另外，我国的太阳能热水器或热水系统（热水工程）,基本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内的水在不排空的情况下基本不结冰而受到了市场的欢迎。

同时，近10年来全玻璃真空管热水器生产成本大幅度降低，而平板太阳能集热器的生产成本却没有明显下降，再加上全玻璃真空管热水器被生产厂及商家片面宣传其为热性能远高于平板太阳能热水器的产品。

一度曾占我国太阳能热水器统治地位的平板太阳能集热器和热水器受到了全玻璃真空管太阳能热水器的冲击，市场份额有所下降。

但最近些年，由于平板集热器技术的进步以及节能减排指标的要求，我国平板型太阳能热水器产量已从2004年的150万平方米上升到2005年180万平方米,市场份额在不断增加。

　　据霍志臣、罗振涛对欧洲15个国家、美洲2个国家、大洋洲1个国家、亚洲3个国家（21个国家）的统计，国外生产平板式太阳能热水器的厂家（含经销商）共401家,占企业总数的92.61%;

真空管太阳热水器12家,占企业总数的2.77%;

简易太阳能集热器20家,占企业总数的4.62%。

显然,平板型太阳能热水器生产经营企业远远多于其它产品类型企业数量。

国外市场中，2003年平板太阳能热水器占市场销售份额的94.88%,真空管太阳能热水器占2.46%。

至目前为止，国外集热器的市场格局仍然是以平板型集热器为主，并且还在不断地发展壮大。

并且平板太阳能热水器在公寓，住宅，学校，酒店等建筑中广泛应用。

图1为学生宿舍楼顶平板太阳能热水器外观图。

图2为公寓太阳能热水器的安装外观图。

图1学生宿舍楼顶平板太阳能热水器

图2公寓太阳能热水器

1.3平板型太阳能集热器的展望

我国平板型太阳能集热器已有20多年的生产和应用经验。

现在，平板型太阳能集热器和热水器在华南大部分地区仍占据市场的主体地位,即使在北方地区也有不少用户。

近年来由于使用中出现炸管、冻裂、管内结垢和泥沙沉积、密封胶圈漏水以及热水工程不能承压运行等问题，直插式全玻璃真空管集热器在实际中的使用受到了限制。

全玻璃真空管太阳能热水器使用中存在的问题使人们把眼光转向了平板太阳能集热器。

于是，平板太阳能集热器得到了一个新的发展机会。

此外，随着技术的进步，平板太阳能集热器及热水器的高效涂层、高透过率盖板及密封保温等技术已达到较高的水平，产品的性能大幅提高，市场竞争力也在进一步增强。

我国平板太阳能集热器、热水器的发展已呈现出诱人的前景。

第2章平板太阳能热水器工作原理及基本结构

2.1平板太阳能热水器工作原理

阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大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水。

并通过循环水泵把冷水在集热器中循环，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后成为热水，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用。

2.2平板太阳能热水器组成结构

太阳能热水器由平板太阳能集热器，保温水箱，水泵，连接管等部件组成。

图3平板太阳能热水器简图

2.2.1平板集热器

（1）平板集热器的工作原理

其工作原理是当太阳光透过透明端盖后照射到表面涂有涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳辐射能，并将太阳辐射能转化为热能，从集热器进口进入吸热板流道的低温水，热能传递给低温水，使流道中的水温度不断升高，加热后的水从集热器出口出去，把有用的热量带走，与此同时，在平板集热器的底部和边框四周填充有保温材料，减少了透过透明端盖向环境散失的热量。

（2）平板集热器的组成结构

1）吸热板芯

吸热板的涂层材料对吸收太阳辐射能量起非常重要的作用。

因为太阳辐射的波长主要集中在0.3~2.5μm的范围内，而吸热板的热辐射则主要集中在2~20μm的波长范围内，要增强吸热板对太阳辐射的吸收能力，又要减小热损失，降低吸热板的热辐射，就需要采用选择性涂料。

选择性涂料是对太阳短波辐射具有较高吸收率，而对长波热辐射发射率却较低的一种涂料，目前国内外的生产厂大多采用磁控溅射的方法制作选择性涂层，可达到吸收率0.93~0.95，发射率0.12~0.04，大大提高了产品热性能。

本课题主要采用管板式铜管材料的吸热板的太阳能集热器。

2）透明盖板

透明盖板是让太阳辐射透过，而不让吸热板芯产生的远红外线透过，从而抑制吸热板芯表面反射损失和对流损失，使热水器内获得较高温升，形成温室效应的主要部件。

同时，它还具有防止灰尘和雨雪损坏吸热板芯的重要作用。

透明盖板应满足透过率高、耐冲击强度大、具有良好的耐候性、隔热性能好和便于加工等基本要求。

3）隔热材料

热水器集热板芯的底部及四周都需要有隔热层，以减少热水器向四周环境的散热,提高热水器的工作效率。

对隔热材料的基本要求是保温性能好，用于隔热层的材料有：

岩棉、玻璃棉、聚氨酯、聚苯乙烯等。

在实际使用时，往往需要在底部隔热层与吸热板之间放置一层薄薄的玻璃棉或岩棉，目前使用较多的是玻璃棉。

耐温在120℃以上，且不分解、不吸水、不易变形或挥发。

4）外壳与支架

为了将吸热板芯、透明盖板和保温材料等组成一个要机整体，并保持一定的刚度和强度,便于安装和运输,需要一个美观的外壳。

对外壳的基本要求是坚实耐用，抗气候变化,不变形、重量轻、易加工、外表美观和价格便宜。

阳能热水器支架应有足够的强度和钢度才能确保有足够的承重能力。

2.2.2保温水箱

保温水箱是由三层组成的，芯层、内层和外层。

在内部使用了一些像保温杯等都会用到的一种保温材料来做芯层，然后照样使用不锈钢水箱来作为内表层，外层则使用普通的不锈钢板材来做。

芯层的保温介质可以采用聚氨酯发泡、聚苯乙烯、PEF等来进行保温。

内层是不锈钢层，使用质量比较好的不锈钢板和镀锌板。

最后是外层它一般所选用的材质是比较普通的不锈钢冲模压膜块或者是使用平板