平板集热器玻璃管集热器与建筑结合的优缺点之欧阳术创编.docx

平板集热器玻璃管集热器与建筑结合的优缺点之欧阳术创编.docx

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平板集热器玻璃管集热器与建筑结合的优缺点之欧阳术创编

平板集热器、玻璃管集热器与建筑结合的优缺点

时间：

2021.02.02

创作：

欧阳术

一、 我国太阳能集热器技术与国外发达国家的三大区别：

   1.我国的真空管集热器占集热器市场的85%以上，而国外则与此相反，平板集热器占85%以上。

   2.我国集热器大多数是非承压状态（常压）下工作，而发达国家绝大多数是承压状态下工作。

   3.我国集热器绝大多数是一次循环（直接），介质是水，而发达国家绝大多数是二次循环（间接），介质是防冻介质。

   三大区别的主要原因是我国属于发展中国家，产品特点以简单、实用和价廉为主。

二、玻璃管集热器承做太阳能热水工程存在的问题:

目前我国太阳能集热产品中，全玻璃真空管集热器占据绝对主导地位，但它在与建筑物的结合方面却存在下面一系列问题。

1）运行安全问题——玻璃管直接与被加热流体接触，由于玻璃易碎易裂，极易造成系统瘫痪；2）密封可靠问题——玻璃管与金属容器的密封只能靠硅胶圈，其寿命及密封可靠性不能满足建筑行业需要；3）结垢清理问题——由于玻璃管是盲管形式，流体在玻璃管中的加热温度又恰恰在钙、镁离子易于氧化析出的范围，水垢沉积清理问题很难解决；4）承压运行问题——硅胶密封及玻璃的脆性都决定了系统不能承压运行，限制了承压式热水器及大型系统的应用；5）集热器寿命问题——玻璃管的绝热性能依赖真空夹层，真空度的保持年限无法达到建筑行业要求。

6）北方寒冷地区防冻问题——冬季伴热带耗电，一旦伴热带失效电磁阀失灵整个系统将被冻坏、冻裂，造成整个系统瘫痪。

以上这些问题，决定了全玻璃真空管很难建材化很难在寒冷地区承做大型热水工程。

也就是说，为了实现“太阳能与建筑一体化”，我们必须开发研制不同于玻璃流道集热器的新型太阳集热器，用来全部或部分解决上述问题，这就提出了平板太阳能金属流道集热器的思路。

三、玻璃管集热器的特点

　1、一根管子破裂，整个系统立刻瘫痪，大型工程太阳能中真空管的破损统计资料表明，每年真空管破损率非常高，这是玻璃真空管产品固有特性，无法避免。

对于非承压系统，一旦真空管有破损，整个水会漏到屋面上，系统失败；　　2、“○”型橡胶密封圈易老化，漏水，寿命不足五年。

“○”型橡胶密封圈在家用太阳能中可以使用是因为系统存压不足1米。

对于较大集中采热系统而言，需要用泵强制循环，承压有10m左右，这种工况很容易造成“○”型橡胶密封圈漏水、老化；　　3、系统热效律低，降效30%，真空管的自身容积为1.88L/根，冬季每天可得60℃热水的量5L/日·根，由真空管的自身存水无法循环到水箱，此部分的太阳能又被告白白凉掉，整系统冬季降效36%，夏季降效20%，年平均降效30%左右。

这在家用机并不明显，但在大型热水系统中影响是非常明的；　　4、采热系统分区较小，循环电耗大。

由于非承压系统分区不宜过大，一般不宜大于1500支/区，分区越细，循环量资源共享性差，温差循环所耗的电能就更大，占系统得热量的10%左右，换而言之，即系统降低10%左右　　5、系统分区复杂，联动困难。

采热系统过于复杂，每个子系统又要联运，需要使用大量的电动阀门，若不采用PLC控制，是决对无法实现联动的，管理非常困难。

四、平板金属流道集热器的特点：

（一）金属流道优势

金属流道集热器，就是被加热流体只接触金属管道或容器，不接触玻璃，从而具备了不易泄露、密封可靠、可承压、运行安全、寿命可满足建筑行业要求等特点的太阳能集热设备。

1．安全、可靠性

1.1使用寿命长。

平板型集热器结构一般由透明盖板、隔热材料、吸热板、外壳等部分组成。

其采用的材料均为传统的建筑材料，盖板为钢化玻璃，边框为铝合金，吸热板芯为全铜或铜铝复合，这些材料性能稳定，国内外工程经验表明，平板型集热器的使用寿命达30年以上。

1.2承压强。

平板太阳能热水器具有较好的承压性能，因此适用于承压、双循环及大型的太阳能热水工程系统。

1.3故障少。

平板集热器结构简单，且金属材料构成部件在正常使用情况下故障率较低。

2．与建筑的适配性

除上述优点外，与建筑结合方面，平板集热器具有较大的优势。

2.1在与建筑结合外观方面，平板集热器可以替代部分屋面板、墙板等，成为建筑构件的一部分。

2.2平板集热器结构简单，产品易于标准化、模块化、工程化、建材化。

3．集热器热性能

据瑞士SPF检测表明：

平板集热器效率曲线截距在0.78～0.81，热损系数a1在3.54～4.03w/m2k；全玻璃真空管集热器效率曲线截距在0.53~0.61，热损系数al在1.08～2.22w/m2k；在提供生活用热水时，平板太阳能集热器全年输出热量为485～541kWh/m2，全玻璃真空管年输出热量为466—561kWlh/m2。

尽管平板集热器热损系数高于真空管集热器，但其效率曲线截距大于真空管。

注：

SPF检测的真空管为密排管，国内全玻璃真空管集热器管间距离要大得多．因而国内真空管的热效率要比SPF检测结果低一些。

北京某公司从2001开始对各种类型集热器进行了数年的对比测试，2005年底至2006年初对平板集热器与真空管集热器在冬季的热性能做了对比测试。

实验数据表明：

普通TXT涂层平板集热器冬季产水量低于真空管5％一8％，全年总产水量则高于真空管9％左右；

镀黑铬平板集热器的冬季得热量平均比普通全玻璃真空管要高出15％，全年总产水量约高出34％。

4．防冻性

集热器及循环系统内为防冻型换热介质，抗低温达-50℃。

所以本系统不需附加任何防冻措施。

（二）平板集热器的特点

1、平板集热器的吸热体为选择性吸收涂层，吸收率为95%以上　　2、吸热体在吸热后直接传递给工作介质，无热阻，传热效率高　　3、热效率高，在60%以上　　4、并且在同等毛面积的条件下有效面积高于热管　　5、集热器为整板，深蓝色，外观美观，与建筑完美结合　　6、盖板为4mm的钢化玻璃，强度高　　7、平板集热器整体安装运输方便　　8、集热器整体只有四个接口，连接方式采用焊接。

　　9、集热器管道为铜管承压性好　　10、管路光滑，流道长，不容易结垢五、平板集热器于玻璃管集热器的性价比

下面将从七个方面解读我国平板和真空管集热器技术的分析与对比，从而全面分析集热器优缺点。

   1.热性能技术的分析于对比

   太阳能集热器按集热温度基本上可分为三大类，即低温（100摄氏度以下），中温（100~200摄氏度）和高温（200摄氏度以上）。

平板集热器适用于低温范围，真空管集热器比较适用于中、高温范围，低温也可以使用，但却无法发挥其优势。

   目前中国太阳能热水器的主要用途是洗浴和生活用热水，其水温要求一般低于60摄氏度，平板集热器有较好的效率特性。

当水温大于60摄氏度时，真空管集热器效率特性得到很好的发挥。

   2.有效采光面积的分析与对比

   无论是平板集热器还是真空管集热器都是通过有效采光面积而获得太阳的能量，因此在同样大的集热器外轮廊面积前提下，其有效采光面积越大，则获得的太阳能越多，反之则越少。

   3.有效热水量的分析与对比

   太阳能热水器的有效热水量是指太阳能系统每天能获得多少有效热水，要求热水能放出来使用，称之为有效热水，放不出来的热水是无效的，平板系统和真空管体统的有效热水量也有很大差别的；平系统板有效热水量大于真空管系统。

   4.承压性能的分析

   平板热水器属于金属管之间的焊接，完全能满足承压系统的要求，但通常的真空管集热器热水系统，由于真空玻璃管与联箱或水箱联系解释采用硅橡胶密封圈进行链接，一般无法满足承压系统的要求，一旦系统压力较大时，真空管与密封圈靠摩擦的结合力难以抵挡系统压力，迫使管子向外移动或滑落。

   5.防结垢、防冻结性能分析

   太阳能热水器及其系统在北方使用一项重要性能是如何防止结垢和防冻结，因为它是提高使用寿命，减少维修费用的重要举措。

平板集热器在北方运行采用回流排空技术，也可以采用双循环（亦称间接系统或二次系统）从根本上解决系统的防冻结问题。

为此国外发达国家（如澳大利亚的solarhart公司）太阳能集热器绝大多数均采用双循环系统。

平板集热器最适用双循环系统，而普通的真空管集热器由于承压不理想，不太适合采用双循环系统。

由于我国太阳能热水系统绝大多数用于洗浴水温一般低于60摄氏度，双循环系统不会出现结垢现象、集热器内不存在悬浮颗粒物。

   6.产品与建筑结合难易分析

   平板太阳能集热器，无论从整体外形、结构强度及规格尺寸均适合与建筑相结合，可直接固定在房顶上或嵌入屋面上，而且极易成为屋顶结构的组成部分，和建筑浑然成为一体，因此平板集热器与建筑结合比真空管集热器更好一些。

   7.产品售后服务分析对比

   平板集热器而言，由于热损较少运行温度一般低于60℃不容易产生过热现象，故结垢较少，其排污主要通过水箱排污管加以解决。

其主要维修工作在于定期清除集热器盖板的尘土，若采用钢化玻璃则盖板的破损率会大大下降，由此可见平板集热器的使用寿命大于20~30年是没有问题的。

   真空管集热器由于运行温度比较高，突然遇到冷热容易炸管裂管，其次是真空管与水箱或联箱链接是采用硅橡胶密封圈，若接触不好或以后沙粒易发生渗漏现象，另外对于南北向竖排真空管工程或紧凑式真空管热水器而言，由于有些地方水质不好，,真空管下部往往存在悬浮固体颗粒物沉淀，时间长了，管子采光和吸热受到影响，因此有些地方，使用3～4年后需将真空管抽出来进行清洗，维修工作量较大。

真空管本身的质量的好坏，在很大程度上决定了集热器的质量，也严重影响热水工程的售后服务工作量。

1996年年底，全国35家真空管生产企业送测的样管结果是：

优秀管子（甲）5家，占14.3%；合格管子（乙）17家，占48.6%；不合格的管子（丙）13家，占37.1%。

12年过去了，全行业的技术水平和生产工艺有很大的进步，然而，至今业内人士最担心的是全国一年上市进2亿支真空管中，到底有多少万支真空管是不合格的，希望这个数字越小越好。

   从以上七个方面进行的分析，说明平板集热器技术有许多优点，也是国外发达国家平板太阳能集热器占绝大多数的原因，中国太阳能真空管热水器在近10年比较突出，主要特点是实用、经济，家用真空管热水器已遍布全国地、市、县，这种类型的产品特别适合发展中国家的需要，但该产品在许多方面有待进一步完善和提高，同时，随着我国国民经济的发展和恩民生活水平的提高，以及产品出口量的逐年增大，平板集热器技术和其他新型太阳能集热器技术将有越来越大的发展空间。

时间：

2021.02.02

创作：

欧阳术