太阳能集热器及检测方法太阳能应用检测与控制技术课件-PPT课件

1、第7章太阳能集热器及检测方法(太阳能应用检测与控制技术课件)7.1 平板型集热器平板型集热器7.1.2 7.1.2 平板集热器热性能参数平板集热器热性能参数1 1平板集热器能量平衡方程平板集热器能量平衡方程 平板型集热器实际上是一个热交换器，其吸热体内的液体平板型集热器实际上是一个热交换器，其吸热体内的液体能与太阳辐射进行能量传递，而获得有用的能量收益。同时，能与太阳辐射进行能量传递，而获得有用的能量收益。同时，集热器本身对外界仍存在着散热损失，如图集热器本身对外界仍存在着散热损失，如图7-27-2所示。所示。图图7-2 7-2 平板集热器能量平衡图平板集热器能量平衡图7.1 平板型集热器平板

2、型集热器 平板式集热器的性能可以用一个能量平衡方程来描述，该平板式集热器的性能可以用一个能量平衡方程来描述，该方程表示吸热板所吸收的辐射太阳能所分配成的各种有用收益方程表示吸热板所吸收的辐射太阳能所分配成的各种有用收益和各种损失，其能量平衡方程如下和各种损失，其能量平衡方程如下 Qa=Qu+QL+Qs Qa=Qu+QL+Qs 7-17-1式中，式中，QaQa为单位时间内吸热板吸收到的太阳辐射能量；为单位时间内吸热板吸收到的太阳辐射能量；QuQu为单位时间内集热器的有用输出能量；为单位时间内集热器的有用输出能量； QLQL为单位时间内集热器的热损失；为单位时间内集热器的热损失；QsQs为单位时间

3、内集热器储存的能量。为单位时间内集热器储存的能量。7.1 平板型集热器平板型集热器2 2平板集热器的总热损失系数平板集热器的总热损失系数 平板集热器的总热损失系数是指集热器中吸热体对环境空平板集热器的总热损失系数是指集热器中吸热体对环境空气的平均传热系数，表达式为气的平均传热系数，表达式为 UL=Ut+Ub+Uc UL=Ut+Ub+Uc 7-27-2式中，式中，ULUL为集热器总热损失系数；为集热器总热损失系数；UtUt为集热器顶部热损失系数；为集热器顶部热损失系数；UbUb为集热器底部热损失系数；为集热器底部热损失系数；UcUc为集热器侧面热损失系数；为集热器侧面热损失系数；单位为单位为W/

4、W/m2m2。7.2 真空管集热器真空管集热器 全玻璃真空管式太阳能集热器是在平板型太阳能集热器的全玻璃真空管式太阳能集热器是在平板型太阳能集热器的根底上开展的一种新型太阳能集热装置。全玻璃真空管式太阳根底上开展的一种新型太阳能集热装置。全玻璃真空管式太阳能集热器的核心部件是玻璃真空集热管，它采用了真空技术，能集热器的核心部件是玻璃真空集热管，它采用了真空技术，消除了气体的对流与传导热损，并应用选择性吸收涂层，使真消除了气体的对流与传导热损，并应用选择性吸收涂层，使真空集热管的辐射热损降到最低。这样，真空管式太阳能集热器空集热管的辐射热损降到最低。这样，真空管式太阳能集热器既可以在中高温下运行

5、，也能在寒冷地区的冬季及低日照与天既可以在中高温下运行，也能在寒冷地区的冬季及低日照与天气多变地区运行，扩大了应用领域。它的结构像一个拉长变细气多变地区运行，扩大了应用领域。它的结构像一个拉长变细的暖水瓶胆，由两根同轴圆玻璃管组成，内、外玻璃管间抽成的暖水瓶胆，由两根同轴圆玻璃管组成，内、外玻璃管间抽成真空，太阳选择性吸收外表涂层沉积在内管的外外表构成真空，太阳选择性吸收外表涂层沉积在内管的外外表构成吸热体，将太阳能转化为热能，加热内玻璃管内的传热流体。吸热体，将太阳能转化为热能，加热内玻璃管内的传热流体。全玻璃真空太阳集热管通常采用单端开口的形式，在一端将内全玻璃真空太阳集热管通常采用单端开

6、口的形式，在一端将内、外玻璃管环形熔封在一起，真空管集热器内装有吸气剂。、外玻璃管环形熔封在一起，真空管集热器内装有吸气剂。7.2 真空管集热器真空管集热器7.2.1 7.2.1 真空太阳集热管结构真空太阳集热管结构 全玻璃真空太阳集热管的创造已有几十年的历史，近几年全玻璃真空太阳集热管的创造已有几十年的历史，近几年得到了迅速推广、普及并且到达一定工业化程度。其主要组成得到了迅速推广、普及并且到达一定工业化程度。其主要组成有：全玻璃真空管太阳集热器、支架、水箱、上下管及附件等有：全玻璃真空管太阳集热器、支架、水箱、上下管及附件等。全玻璃真空太阳集热管构造如图。全玻璃真空太阳集热管构造如图7-3

7、7-3所示，它像一个拉长的暖所示，它像一个拉长的暖水瓶瓶胆，由两根同心圆玻璃管组成。内、外圆管间抽成真空水瓶瓶胆，由两根同心圆玻璃管组成。内、外圆管间抽成真空，太阳选择性吸收外表沉积在内管的外外表构成吸热体，将太，太阳选择性吸收外表沉积在内管的外外表构成吸热体，将太阳光能转换为热能，加热内玻璃管内的传热流体。阳光能转换为热能，加热内玻璃管内的传热流体。7.2 真空管集热器真空管集热器1 1内玻璃管；内玻璃管；2 2太阳选择性吸收涂层；太阳选择性吸收涂层；3 3罩玻璃管；罩玻璃管；4 4真空夹层；真空夹层；5 5支承件；支承件；6 6吸气剂；吸气剂；7 7吸气镜面吸气镜面图图7-3 7-3 全玻

8、璃真空太阳集热管结构全玻璃真空太阳集热管结构7.2 真空管集热器真空管集热器7.2.2 7.2.2 真空管集热器性能真空管集热器性能1 1真空管集热器效率真空管集热器效率真空管集热器效率由下式给出真空管集热器效率由下式给出 7-67-6式中，式中，D D为吸收管外径；为吸收管外径；B B为集热管中心线间距；为集热管中心线间距；IsbIsb为集热器板单位面积的直射辐射量；为集热器板单位面积的直射辐射量；IsdIsd为集热器板单位面积的散射辐射量；为集热器板单位面积的散射辐射量；FRFR为集热器热转移因子；为集热器热转移因子；IeffIeff为集热管吸收的辐射量；为集热管吸收的辐射量；ULUL为集

9、热器总热损系数；为集热器总热损系数；tfitfi为集热器流体进口温度；为集热器流体进口温度；tata为环境空气温度。为环境空气温度。ReffLfiasbsd()()DFIUttB II7.2 真空管集热器真空管集热器2 2真空管集热器光学效率真空管集热器光学效率 真空管集热器光学效率为真空管集热器光学效率为 7-77-7eff0sbsd()DIB II7.3 太阳能热水系统太阳能热水系统 普通的太阳能热水系统主要由集热器、储水箱和提供冷水普通的太阳能热水系统主要由集热器、储水箱和提供冷水和热水的管道等组成。太阳能热水系统按其工质流动方式分类和热水的管道等组成。太阳能热水系统按其工质流动方式分类

10、，一般可分为循环型、直流型和闷晒型，一般可分为循环型、直流型和闷晒型3 3种。其中循环型又分为种。其中循环型又分为自然循环型和强迫循环型两种形式。自然循环型和强迫循环型两种形式。7.3 太阳能热水系统太阳能热水系统 7.3.1 7.3.1 自然循环热水系统自然循环热水系统自然循环系统是利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差所自然循环系统是利用传热工质内部的温度梯度产生的密度差所形成的自然对流进行循环的太阳能热水系统。形成的自然对流进行循环的太阳能热水系统。1 1热虹吸式自然循环热虹吸式自然循环热虹吸式自然循环太阳能热水系统的结构示意如图热虹吸式自然循环太阳能热水系统的结构示意如图7-47-4所

11、示。所示。1集热器；集热器；2上循环管；上循环管；3水箱；水箱；4浮球阀；浮球阀；5通气管；通气管；6热水阀；热水阀；7冷水阀；冷水阀；8进水阀；进水阀；9泄水阀；泄水阀；10下循环管下循环管图图7-4 7-4 热虹吸式自然循环太阳能热水系统的结构示意图热虹吸式自然循环太阳能热水系统的结构示意图7.3 太阳能热水系统太阳能热水系统 2 2定温放水式自然循环定温放水式自然循环 定温放水式自然循环太阳能热水系统的结构如图定温放水式自然循环太阳能热水系统的结构如图7-57-5所示。所示。1 1循环水箱；循环水箱；2 2补给水箱；补给水箱；3 3电磁阀；电磁阀；4 4蓄水箱；蓄水箱；5 5继电器；继电

12、器；6 6触点式温度计触点式温度计图图7-5 7-5 定温放水式自然循环太阳能热水系统结构图定温放水式自然循环太阳能热水系统结构图7.3 太阳能热水系统太阳能热水系统 7.3.2 7.3.2 强迫循环热水系统强迫循环热水系统 强迫循环热水系统是利用机械设备等外部动力迫使传热工强迫循环热水系统是利用机械设备等外部动力迫使传热工质通过集热器或换热器进行循环的太阳能热水系统。强迫质通过集热器或换热器进行循环的太阳能热水系统。强迫循环系统通常采用温差控制、光电控制及定时器控制等方式。循环系统通常采用温差控制、光电控制及定时器控制等方式。这种系统通常利用水泵迫使水在集热器与储水箱之间循环，其这种系统通常

13、利用水泵迫使水在集热器与储水箱之间循环，其结构示意如图结构示意如图7-67-6所示。所示。7.3 太阳能热水系统太阳能热水系统1 1水泵；水泵；2 2、3 3温度传感器；温度传感器；4 4蓄水箱；蓄水箱；5 5热水管；热水管；6 6冷水管；冷水管；7 7控制器；控制器；8 8逆止阀逆止阀图图7-6 7-6 强迫循环太阳能热水系统结构强迫循环太阳能热水系统结构7.3 太阳能热水系统太阳能热水系统7.3.3 7.3.3 直流式系统直流式系统直流式系统是传热工质一次流过集热器加热后，便进入储水箱直流式系统是传热工质一次流过集热器加热后，便进入储水箱用热水处的非循环太阳热水系统。这种系统为开式、一次流

14、动用热水处的非循环太阳热水系统。这种系统为开式、一次流动系统，其结构如图系统，其结构如图7-77-7所示。所示。1 1集热器集热器；2 2温度传感器；温度传感器；3 3上升管；上升管；4 4通气溢流管；通气溢流管；5 5热水管；热水管；6 6蓄水箱；蓄水箱；7 7副水箱；副水箱；8 8自来水管；自来水管；9 9控制器；控制器；1010水泵水泵图图7-7 7-7 直流式热水系统结构图直流式热水系统结构图7.4 太阳能集热器性能测试太阳能集热器性能测试 测试集热器的主要目的如下。测试集热器的主要目的如下。 确切地评价集热器的性能，鉴别集热器质量的优劣。确切地评价集热器的性能，鉴别集热器质量的优劣。

15、 为提高集热器的性能、降低其本钱提供依据。为提高集热器的性能、降低其本钱提供依据。 提供性能测试数据，作为太阳能热水系统设计的根底。提供性能测试数据，作为太阳能热水系统设计的根底。7.4.1 7.4.1 平板型集热器的测试平板型集热器的测试 为了全面地评价集热器的质量，应对它进行多种测试。根为了全面地评价集热器的质量，应对它进行多种测试。根据新的国标要求，应对其进行性能、空晒、闷晒、内通水热冲据新的国标要求，应对其进行性能、空晒、闷晒、内通水热冲击、外淋水热冲击、淋雨、强度、刚度、耐压、涂层太阳吸收击、外淋水热冲击、淋雨、强度、刚度、耐压、涂层太阳吸收比、防雹、外观、涂层等一系列试验。比、防雹

16、、外观、涂层等一系列试验。7.4 太阳能集热器性能测试太阳能集热器性能测试7.4.2 7.4.2 真空管集热器的测试真空管集热器的测试1 1真空管集热器技术要求真空管集热器技术要求1 1空晒性能空晒性能2 2闷晒太阳辐照量闷晒太阳辐照量3 3平均热损系数平均热损系数4 4真空性能真空性能5 5耐热冲击耐热冲击7.4 太阳能集热器性能测试太阳能集热器性能测试2.2.试验方法试验方法1 1空晒性能参数测定空晒性能参数测定2 2闷晒太阳辐照量测定闷晒太阳辐照量测定3 3平均热损系数测定平均热损系数测定4 4真空性能试验真空性能试验5 5耐热冲击试验耐热冲击试验7.5 太阳能热水系统测试方法太阳能热水

17、系统测试方法7.5.1 7.5.1 测试系统测试系统1 1试验系统的安装试验系统的安装 系统尽可能安装在制造商提供的安装支架上。试验系统的安系统尽可能安装在制造商提供的安装支架上。试验系统的安装不能阻挡集热器的采光面，安装支架不应影响集热器或储热水装不能阻挡集热器的采光面，安装支架不应影响集热器或储热水箱的保温。箱的保温。 一般情况，储热水箱均应按照制造商安装说明书中所允许的一般情况，储热水箱均应按照制造商安装说明书中所允许的最低位置。对于别离式热水系统，集热器与储水箱间的连接管道最低位置。对于别离式热水系统，集热器与储水箱间的连接管道的总长度应为的总长度应为15m15m。管道的直径和保温应与

18、安装指南一致。管道的直径和保温应与安装指南一致。2 2集热器的安装集热器的安装 集热器应安装在面向赤道倾角为纬度集热器应安装在面向赤道倾角为纬度1010内的固定位置。内的固定位置。集热器安装地点应满足在试验期间没有阴影投射到集热器上。集集热器安装地点应满足在试验期间没有阴影投射到集热器上。集热器所在的位置应在试验期间从周围的建筑或物体外表没有明显热器所在的位置应在试验期间从周围的建筑或物体外表没有明显的太阳光反射到集热器上，且在视野内没有明显的障碍物。的太阳光反射到集热器上，且在视野内没有明显的障碍物。7.5 太阳能热水系统测试方法太阳能热水系统测试方法3 3液体流动系统液体流动系统 液体流动

19、系统试验回路如图液体流动系统试验回路如图7-97-9所示。所示。图图7-9 7-9 系统日性能的试验装置示意图系统日性能的试验装置示意图7.5 太阳能热水系统测试方法太阳能热水系统测试方法7.5.2 7.5.2 测量要求测量要求1 1温度测量温度测量1 1环境温度环境温度 使用遮阳而通风的采样器件在高于地面使用遮阳而通风的采样器件在高于地面1m1m处且距离集热器处且距离集热器和系统组件不得小于但不超过和系统组件不得小于但不超过10m10m处的百叶箱内测量环境空气温处的百叶箱内测量环境空气温度。其准确度为度。其准确度为。2 2进水温度进水温度 如果在储热水箱入口处串接一个温度控制器，那么由于试如果在储热水箱入口处串接一个温度控制器，那么由于试验期间流量较高，要求其功率较大以便保持温度。作为替换方验期间流量较高，要求其功率较大以便保持温度。作为替换方法，也可以通过控制对热水池和冷水池的混水来调节温度，两法，也可以通过控制对热水池和冷水池的混水来调节温度，两个水池都保持恒定的温度。当流量为个水池都保持恒定的温度。当流量为400400600L/h600L/h时，在试验开时，在试验开始至结束期间温度控制器或混水阀要将入口流体的温度漂移控始至结束期间温度控制器或混水阀要将入口流体的温度漂移控制在制在以内。其准确度为以内。其准确度为。7.5 太