平板集热器透明盖板技术综述

58085463.doc-58085463.doc-#-平板太阳集热器透明盖板技术综述（徐州,中国矿业大学,电力工程学院，03071276）摘要：系统地介绍了平板太阳集热器透明盖板的相关技术，主要包括透明盖板的功能及技术要求、透明材料及生产工艺技术、蜂窝技术、用于透明盖板的太阳能涂层材料技术、真空玻璃技术及多层透明盖板技术等。关键词：平板太阳集热器、透明盖板、技术、综述0引言太阳平板集热器是人类最早开发利用的太阳能装置［1］，也是迄今使用最为广泛的集热器［2］，已广泛应用于太阳能热水、建筑物采暖与空调、游泳池加热、工业用水加热等诸多领域。平板集热器作为太阳能低温热利用的基本部件主要由透明盖板、吸热板、保温层、外框四大基本部件组成。太阳光只有透过盖板投射到吸热板上才能被吸热板吸收，又因为经由透明盖板向周围环境的对流散热和辐射散热（即平板集热器的顶部散热损失）占到平板集热器总的散热损失的主要份额，这就要求平板集热器透明盖板具有高的太阳光透过率和较好的保温性能。另外，考虑到平板集热器的工作环境，还要求透明盖板具有较好的耐候性。显然，作为平板集热器四大基本部件之一的透明盖板的综合性能的优劣直接影响到整台平板集热器的集热效率、集热品质、耐候性和适用性等综合性能。因此，对平板集热器透明盖板技术的发展历程及研究成果进行疏理和总结，有利于全面了解和把握平板集热器透明盖板技术的研究方向和进展成果，对指导平板集热器透明盖板技术的进一步研究乃至平板集热器技术的进一步研究具有重要意义。1透明盖板的功能及技术要求1．1透明盖板的功能透明盖板是覆盖在平板集热器吸热板上，并由透明（或半透明）材料做成的一种板状构件，它的功能主要有三个：1）让太阳光透过并投射到吸热板上；2）在透明盖板与吸热板之间形成一定厚度的空气夹层并形成温室效应，从而减小吸热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境的散热损失，即透明盖板具有一定的保温隔热功能；3）保护吸热板，抵抗灰尘、曝晒、风霜、雨雪、冰雹等各种不利气候因素和环境条件侵蚀和影响，保证平板集热器的正常运行和使用寿命。1．2透明盖板的技术要求为了保证透明盖板的上述功能得以较好实现，平板集热器的透明盖板就必须具备一系列的技术要求。一般来讲，这些技术要求可以概括为透明盖板的四种性能，即光学性能、隔热性能、机械性能、耐候性能。具体说来，包括以下几点：1）对太阳辐射具有高的透过率（及低的反射率和吸收率）；2）对红外热辐射具有低的透过率（或高反射率）；3）导热系数小，具有一定的隔热性；4）冲击强度高，具备一定的抗压及抵抗冰雹、碎石打击的能力；5）耐候性能好，即能够抵抗灰尘、雨水、风暴、积雪等各种不利气候因素和环境条件的侵蚀和影响，保证集热器在各种环境和工作条件下具有较好的适应性和正常运行，并要求集热器具有一定的使用寿命；6）膨胀系数必须与其它结构材料相匹配［3］。2透明材料及生产工艺技术由于透明盖板的综合性能的优劣在很大程度上取决于作为集热器盖板的透明材料的综合性能的优劣，因此平板集热器透明盖板技术很大程度上来说也是一种应用于平板集热器盖板的透明材料技术，而材料上的突破与进展往往又是与材料的生产、加工、处理工艺技术的进步和发展紧密结合的。2.1用于平板集热器透明盖板的透明材料应用于太阳能领域的透明材料发展至今，虽然种类繁杂，但归纳起来主要有无机玻璃和有机透明材料，用于平板集热器透明盖板的透明材料（板材类）也主要可分为两类：平板玻璃、透明塑料板材。2.1.1平板玻璃平板玻璃即普通浮法玻璃，由于其具有低的红外透射比，导热系数小，温室效应作用明显，耐候性能优越等优点，能够很好的满足平板集热器透明盖板的技术要求，而且平板玻璃的生产工艺成熟，价廉易得。这就使得平板玻璃成为透明盖板材料的首选，平板玻璃成为最早用于平板集热器透明盖板也是使用得最多的透明材料。但是普通平板玻璃作为透明盖板也存在一些问题：一是太阳辐射透射比不够高（折射率较高，反射损失较大），二是冲击强度不够，易破碎。平板玻璃太阳辐射透过率不高的原因除了平板玻璃折射率较大造成盖板表面反射损失较大以外，另一个重要原因是普通平板玻璃中含有氧化铁，而氧化铁会吸收波长范围集中在2“m以内的太阳辐射。氧化铁的含量越高，对太阳辐射的吸收越比例越大［4］。因此为使平板玻璃能够满足高太阳辐射透过率的要求，必须设法降低平板玻璃的含铁量，即低铁玻璃。至于平板玻璃的冲击强度不高的问题，可以采用钢化处理即采用钢化玻璃予以解决。由于钢化玻璃具有高强度和热稳定性的优点，平板玻璃经钢化处理后，冲击强度是普通玻璃的4s5倍，抗弯曲强度是普通玻璃的3倍［5］,因此用钢化玻璃代替普通玻璃可以减小厚度，从而使阳光透过率提高和减轻盖板重量。同时钢化处理后耐急冷急热性质较之普通玻璃也有很大提高，大大增强了透明盖板的抗风压性，寒暑性，抗冲击性等，提升了透明盖板的综合性能。2.1.2透明塑料板材用于平板集热器透明盖板的透明塑料板材主要有玻璃纤维增强塑料、有机玻璃、聚碳酸酯等。透明塑料做为透明盖板具有一些普通平板玻璃无法比拟的优越性能：高强度性、耐腐蚀性、高太阳辐射透过率、质轻、良好的成型工艺性等；但透明塑料有着共同的缺陷，就是长期耐热性和抗老化性差，最终表现为耐候性较差。这一类材料中使用最多的是玻璃纤维增强塑料（FRP）,亦称作GRP,即俗称的玻璃钢板。玻璃钢板作为透明盖板具有以下优良的特性：1）太阳光透射比高；2）重量轻、强度高；3）耐腐蚀性能好；4）隔热性能良好，FRP热导率低,是优良的绝热材料,在瞬时超高温情况下,是理想的热防护和耐烧蚀材料；5）加工工艺性优良，可一次性成型经济效果突出。玻璃钢板作为透明盖板存在的问题主要有两点：一是红外热辐射透过率较高；二是由于玻璃钢长期耐热性能差及易老化的特性，导致其耐候性能大大劣于平板玻璃盖板，使用寿命也较短，这也是透明塑料材料的共同缺陷。对于玻璃钢的老化和耐候性差的问题，可通过使用高键能树脂和胶衣来减少其受紫外线的破坏程度［4］，从而使其耐候性有所改善，但即便如此其耐候性也无法与平板玻璃相匹敌。有机玻璃（板材类）也是一种可用于透明盖板的优质高分子透明材料，其化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯（简称PMMA）,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。有机玻璃的特性基本与玻璃钢板类似：高度的透明性，透光率高达92%，而且有着较高的紫外线透过率，普通玻璃只能透过0.6％的紫外线，而有机玻璃却能透过73％；比重小，强度高，加工性能好；但耐热性及隔热性均不如玻璃钢，且易着火燃烧；优异的耐大气老化性，耐候性较好。聚碳酸酯板（PolycarbonatePnael），简称PC板，是一种以聚碳酸配树脂为原料，采用挤出成型法制造的工程塑料板材。聚碳酸酯的透光性甚佳，其板材多用于建筑物采光和农业温室，故俗称阳光板［6］。阳光板同样具有上述透明塑料类似的优良特性，如透光性好（透明无色阳光板的透光率在79—85%之间［6］），隔热性能好，比重小，抗冲击强度高，成型工艺性好等。此外阳光板的耐热性和耐寒性远超过一般的透明塑料板材（如丙烯酸酯类、苯乙烯类板材），可以在较宽的温差范围（-40°C—120°C）内使用，并保持其性能；阳光板还具有难燃性，即具有阻燃的功能。2.2生产加工及处理工艺技术主要介绍用于平板集热器透明盖板的平板玻璃的生产加工及处理工艺技术。有的文献［3］将满足太阳能转换利用要求及应用于太阳能转换利用装置中的玻璃材料称作太阳能玻璃。太阳能玻璃的技术要求与前面所述的透明盖板的技术要求基本一致。用于平板集热器透明盖板的平板玻璃显然也是一种太阳能玻璃。为了使普通平板玻璃能够满足透明盖板的技术要求，在玻璃的生产工艺和处理技术方面，主要有三个措施：低铁工艺、钢化处理、表面（膜）处理。目前,能够满足太阳能玻璃技术要求的只有低铁超白浮法玻璃和低铁超白压延玻璃。由于低铁超白浮法玻璃原片反射率较高,表面必须经过一定的处理才能达到作为太阳能玻璃的要求,而低铁超白压延玻璃经钢化处理就可作为太阳能玻璃,所以,低铁超白压延玻璃是太阳能装置首选的盖板材料。因此,低铁压延法是太阳能玻璃较为理想的工艺。低铁工艺的关键在于严格控制各个生产环节的含铁量。从原料制备起就严格控制铁含量,一般要求原料中氧化铁含量不超过0.015%。为了避免主要原料的成分波动,应从原料品位、水份、粒度、仓储、运输等各环节采取相应措施,确保太阳能玻璃的高透过率。此外,配合料中尽量少用还原剂,稍增加芒硝用量,相应降低纯碱用量［3］，也是低铁工艺的中降低含铁量的一种手段。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃,通常使用物理或化学的方法，在玻璃表面形成压应力，当玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了玻璃的强度和承载能力。玻璃钢化处理工艺主要有两种：一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下经淬火法或风冷淬火法加工处理而成；另一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成分改变，使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成。表面处理工艺技术是指在玻璃成型过程中或成型后，采用各种涂层（膜）制备工艺在玻璃表面形成一种具有特殊功能（主要是光学性能和耐候性能）的膜，以改善和提升玻璃的综合性能，如玻璃的减反射处理，即在玻璃表面镀上一层减反射膜；在玻璃钢板表面镀上一层高键能树脂和胶衣能减少其受紫外线的破坏程度，从而使其耐候性有所改善。丹麦Sunarc公司开发出一种全新的技术,生产出对太阳光具有低反射率、高透过率的减反射玻璃,从其透过率曲线可以看出,该减反射玻璃对太阳光的平均透过率由超白玻璃的91%提高到了96%［7］。Sunarc公司减反射玻璃的生产采用了一种简便而实用的化学工艺方法，使普通玻璃经过一系列溶液处理后,在其表面形成减反射薄层，有效降低了玻璃的反射率，从而提高了透光率。在浮法玻璃成形过程中,通过喷涂工艺直接在玻璃表面在线镀膜，与化学气相沉积相比,其生产成本大幅度降低,产品质量稳定［3］。关于玻璃的表面处理技术更多涉及太阳能涂层材料的制备工艺和相关技术，这部分内容在本文的太阳能涂层材料技术部分再予以介绍。对太阳能玻璃而言，以上三种工艺及处理技术往往结合使用，以使玻璃获得更加优良的综合性能。低铁玻璃进行钢化处理，可以增加强度，从而可以减小玻璃厚度，这又使玻璃的透光率增加，若再进行减反射膜处理，则可以获得更高的光学性能。3蜂窝技术对平板太阳集热器来讲，吸热板经由透明盖板向周围环境的对流和辐射造成的热损失即顶部热损失是其主要热损失，因此通过合理的结构设计，设法抑制和减小集热器面部的对流和辐射热损失是提高集热器效率的重要途径之一。蜂窝结构技术正是基于这种考虑而发展起来的。3.1蜂窝结构及其特性3.1.1蜂窝结构采用某种结构设计，抑制集热器面部的各种换热损失，而对太阳辐射又有很高的透过率，在太阳能工程中，将这种专为降低集热器面部热损失而设计的结构，称为蜂窝结构［8］，由某种特定材料做成的蜂窝结构也可以叫做蜂窝结构材料。蜂窝结构材料是一种形状类似蜜蜂的巢穴的多孔隙复合材料。蜂窝通常由分子胶粘剂粘接制成，根据其通道的布置方式和截面形状的不同可以做成如图1的多种形式：（a）矩形通道（垂直放）;（b）矩形通道（水平放）;（c）圆形通道;（d）气泡型;（e）三角形等。图1不同形式的蜂窝3.1.2蜂窝结构（材料）的特性蜂窝结构材料用于平板集热器具有很多优良的特性：1）密度小。蜂窝结构是一由薄壁实体组成的多孔隙结构，重量轻；2）很好的隔热保温性能。在常用的蜂窝夹层板的蜂窝芯中，实体材料的体积仅占1%-3%,其余空间内是处于密封状态的空气［9］。由于蜂窝结构能够有效抑制夹层内空气自然对流换热和辐射换热［10］，而空气的导热系数很低，其隔热性能优于任何固体材料［9］,所以蜂窝结构夹层材料具有良好的隔热性保温性能。3）良好的光学性能。尽管蜂窝结构夹层具有遮拦太阳辐射减少收益的一面,但研究表明蜂窝结构对太阳辐射透过率的减少并不明显,而且蜂窝结构夹层对太阳辐射起着“陷阱”和“热二极管”的作用［10］。投射到蜂窝夹层上的太阳辐射经蜂格壁面的多次反射和透射,最终到达吸热板。同时来自吸热板以漫射形式发出的长波红外热辐射也受到蜂格壁面的多次反射而很少能够逃离蜂窝夹层。因此,可以认为蜂窝结构夹层对太阳辐射基本透明,而对红外热辐射则不透明。这从效果上来看,其光学性能相当于光谱选择性涂层表面［8］。3.2蜂窝技术的研究从上个世纪的八十年代开始，国内太阳能领域就有很多学者对蜂窝技术进行了大量的理论和实验研究。研究工作主要围绕平板蜂窝太阳集热器（在普通平板太阳集热器透明盖板和吸热板之间放置蜂窝结构夹层）进行，研究的主要问题可概括为以下三个方面：蜂窝夹层对平板太阳集热器集热效率及其他性能的影响。研究表明：透明绝热蜂窝结构能够显著降低集热器的表面热损失,提高其集热效率［11］,在中高温（60°C—120°C）集热时效果更为显著，即使在60°C以下的运行温度，其集热效率也有所提高［10］。由于集热效率的提高，蜂窝集热器能够获得更高的紧靠运行温度，且在较高运行温度下更能体现其集热效率的优势，因此蜂窝集热器能够获得更好的集热品质，可制成开水器，蒸煮器等较高温度的太阳能热水利用装置。由于蜂窝夹层具有良好的隔热保温特性，蜂窝集热器可以在更低的环境温度下运行，即使在冬季或寒冷地区，也可以比普通平板集热器更好的运行［10］，因此蜂窝集热器的可用率和适用性大大增强。蜂窝集热器性能的影响因素这方面的研究表明，影响蜂窝集热器的性能（主要指集热效率）的主要因素有三个点：1）蜂窝夹层的材料。对阳光有高反射率的蜂窝材料（如铝箔类）和对阳光透明的蜂窝材料（如玻璃、透明塑料薄膜等）是可用的，而对阳光不透明又不反射的蜂窝材料（如纸质蜂窝）会造成大量阴影,太阳辐射难于进入吸热板，不可用。就以对太阳辐射遮拦性能而论,铝箔类的高反射率的蜂窝器应当优于玻璃或透明塑料的蜂窝。玻璃蜂窝只在抑制红外辐射方面效果才优于铝蜂窝,但抑制热损的总效果大体相当，太阳辐射下的总效果铝箔蜂窝最好［12］。文献［10］指出：在玻璃、透明塑料等透明材料做成的蜂窝中，玻璃蜂窝的光、热性能及稳定性最好；但由于质脆，不利于加工和运输，在实际应用中受到很大限制；根据我国实际情况以采用聚酯薄膜为宜。2）蜂窝体的高径比及尺寸。蜂窝体的尺寸及高径比对蜂窝集热器的性能产生很大影响，因此蜂窝体尺寸和高径比存在一个优化的问题。文献［10］指出蜂窝体的最佳高径比L/D为5—7，最佳直径D为13—15mm。3）运行温度。文献［10］指出，为使集热器获得高效率、低成本，蜂窝集热器的最佳运行温度范围为60C—100C。另外大量研究表明，蜂窝体的截面形状对蜂窝集热器的集热性能影响并不显著；蜂窝集热器吸热板采用选择性吸收涂层对集热器性能改善也不明显［10］。蜂窝结构减小平板太阳集热器热损失的机理蜂窝结构减少集热器散热损失的机理主要包括两个方面：减少自然对流换热损失的机理和减少辐射热损失的机理。对于这方面的研究，一般都采用理论分析与实验验证相结合的方法，通过对蜂窝体的传热情况进行适当的简化和假设，建立相应的数学模型，运用传热学的相关的实验关联式对某些变量进行数学推导和理论分析，并结合实验方法进行验证性的研究。蜂窝夹层能减小对流换热的机理是蜂窝结构把透明盖板与吸热板之间的空气夹层强行分割成与蜂窝夹层的蜂窝孔数目相等的小气室,被局限在这些小气室中的空气由于受到孔壁的粘滞力和上下逆行时的气流间的摩擦力的作用[12],其对流速度大大降低，对流能力大大削弱。研究表明：蜂窝结构对自然对流热损失的抑制与蜂窝体的尺寸及其高径比有密切关系。吴子静[10]等研究得出蜂窝体的最佳高径比L/D为5—7，最佳直径D为13—15mm。蜂窝夹层减少辐射热损失的原因在于狭长筒状的蜂窝体内壁对吸热板以漫射形式发出的长波红外热辐射进行多次反复的反射和吸收，而只有极少部分逃离蜂窝体。4太阳能涂层材料技术太阳能涂层材料技术是太阳能领域迅速发展起来的一种至关重要的技术，已广泛应用于各种太阳能光热利用及光伏利用的装置和部件中。应用于平板集热器透明盖板的太阳能涂层材料主要有两种：光谱选择性透过涂层材料和减反射涂层材料。4.1光谱选择性透过涂层材料光谱选择性透过涂层也称光谱选择性透过膜，透明“热镜”，有的文献[13]中称透明导电薄膜。其光谱选择性的物理概念是：在太阳辐射（0.3-2.5pm）波段具有很高的透过率，而在红外波段（2.5-50pm）具有很高的反射率。在平板太阳集热器透明盖板上涂敷一层光谱选择性透过膜，可以将吸热板发出的红外热辐射有效地反射回去，增强了透明盖板的隔热性能，从而减少集热器的辐射热损失，提高集热效率。目前，用于太阳能领域的光谱选择性透过涂层材料主要有两类：1）具有宽带隙的半导体。由于半导体的自由载流子对其光学性能具有显著影响，经过适当掺杂的宽带隙半导体对太阳辐射透过率高，而对红外热辐射透过率很低（反射率很高），因此可用作“热镜”。这一类半导体中可用于制备光谱选择性透过涂层材料的主要有：二氧化锡（SnO）、三氧化二铟2（InO）、锡酸镉（CdSnO）等。这类涂层材料的制备工艺2主要有热解喷涂2324法、化学气相沉积法（CVD）、反应性溅射、溅射沉积法等。2）具有高红外反射比的金属膜。一般来说，纯金属薄膜都具有很高的红外反射率，但暴露于大气环境中易被氧化而使其光学性能急剧下降，因此在实际中真正能够使用的只有金膜。金膜的光谱选择透过性能主要取决于其厚度：太厚，透光率下降；太薄，红外反射率下降；最佳厚度约15nm，此时红外反射率约0.9[14]。4.2减反射涂层材料减反射涂层，也叫减反射膜。减反射膜的功能是涂敷于透明材料表面，减小透明材料表面对阳光的反射率，从而使阳光的透过率增加，因此也叫作增透膜。减反射膜的原理有两种：1）薄膜干涉原理；2）透明材料表面阳光的反射能力与其折射率直接相关［15］。如只要采用适当的方法降低玻璃表面的折射率，就可以减少玻璃对太阳辐射的一次反射及有效反射，从而提高玻璃对阳光的透过率。减反射涂层材料应具有以下技术要求：具有合适的折射率；高太阳辐射透过率（低反射率和吸收率）；物理、化学性质稳定；制备工艺简单。用于制备减反射涂层的材料主要有SiO、AlO、MgF、SiO、TiO、SiN等。太阳能工程中，光谱减反射2涂层2主3要用于2硅太阳能电池2，在3太4阳能光热转换利用中不多［14］。5真空玻璃及多层透明盖板技术5.1真空玻璃技术真空玻璃（VacuumGlazing）不同于中空玻璃（DoubleGlazing），是一种带高真空夹层的平板玻璃。它是基于真空杜瓦瓶（保温瓶）原理拓展而来的新型透明保温材料。可广泛应用于建筑物及车船门窗、保温箱柜（如展示柜冷藏柜）等各种需要透明隔热材料的领域，是一种新型绿色环保建材。本文所指真空玻璃不包括玻璃真空管，主要指平面真空玻璃（真空平板玻璃）。真空玻璃技术发展历史从!893年占姆士•杜瓦发明真空杜瓦瓶之后，平面真空玻璃的研制为科技界提出了新的挑战，很多学者和科技人员都投入到这项新技术的研究之中尤其是进入二十世纪八十年代以后，但在其后较长的时期内也没有取得突破性的进展，成为摆在人们面前的一道技术难题。从杜瓦瓶到真空平板玻璃必须解两大难题：：一是对如此狭小空间能否快速获得使气体对热传导的贡献可忽略不计的真空度；二是对如此大的表面积能否充分排气以保持其真空度伴随着这些问题的逐步解决，悉尼大学应用物理系R.E.Collins教授领导的真空玻璃研究组在1989年发表论文声称已研制成功真空玻璃,但实际上，真正称得上达到实用阶段的第一块1mX1m尺寸的真空玻璃是在1993年初才真正研制出来。这是在对真空玻璃另一个难题——应力问题，特别是边缘应力有了较深入的认识之后才做到的。1997年1月29日，日本板硝子株式会社（NipponSheetGlassCo.）正式宣告推出真空玻璃产品。［16］从此，真空玻璃技术逐步走向成熟，真空玻璃才开始产业化的生产和广泛的应用。真空玻璃的特性真空玻璃相比普通平板玻璃及中空玻璃具有很高和综合性能优势［16］，主要具有以下优良特性：1）隔热性能。由于真空玻璃在其中间形成一个窄缝高真空的夹层，其对流换热及导热系数极低，因此具有非常好的隔热保温性能；2）防结露结霜性能。真空玻璃良好的隔热保温性能使其防结露结霜性能也得到改善，与同类中空玻璃相比，真空玻璃在更低的环境温度下才会结露；3）隔声性能真空玻璃的真空夹层使其具有比中空玻璃更优的隔声性能；4）抗风压性由于真空玻璃是将两片平板玻璃牢固结合成的“结构体”，具有很强的刚性，其抗风压强度超过同样厚度玻璃制成的中空玻璃两倍［16］。另外，真空玻璃厚度、重量方面也具有一定的优势。真空玻璃用于平板太阳集热器透明盖板真空玻璃优异的隔热保温性能及其良好的综合性能使其在平板太阳集热器中也得到很好的应用。用于太阳能平板集热器透明盖板的真空玻璃一般称作窄缝平面真空玻璃（窄缝真空平板玻璃）,它是由上下玻璃板及设置在上下玻璃板之间的支撑柱制成,支撑柱非常小,对光学性能的影响可忽略，但大大改善了真空平板玻璃的抗压强度，上下玻璃板之间的狭缝四周用低熔点玻璃焊剂焊封起来,通过抽真空口将狭缝抽成真空而成。由于真空玻璃具有很好的隔热保温特性,用作平板太阳集热器透明盖板，能够很好地改善平板集热器的综合性能。郑宏飞［17］等对窄缝高真空平面玻璃作为太阳集热器盖板进行了实验研究，并与普通双层玻璃作透明盖板的情况进行了比较，结果表明真空玻璃的隔热保温性能明显优于普通双层玻璃，而且在较高的工作温度段运行时这种优势更为明显。真空玻璃由于出色的隔热保温性能用于平板太阳集热器透明盖板，能够改善集热器的性能主要表现为三点：1）减少集热器的散热损失，有利于提高集热效率；2）能使吸热板获得更高的温度，提高集热品质；3）使集热器能在冬季、寒冷地区、太阳辐照度较低的条件下工作，同时还能减少夜间散热，使集热器的可用率提高，适用性增强。5.2多层透明盖板及盖板与吸热板间距5.2.1多层透明盖板（包括单层盖板）对于平板集热器采用多层透明盖板，很重要的一个问题就是多层透明盖板—吸热板系统的辐射特性的研究和计算。由于透明盖板—吸热板系统辐射特性值（宓）即透明盖板一吸热板系统的透过率一吸收率乘积，对太阳集热器的设计非常重要，因此对多层透明盖板的有效透过率及吸热板的有效吸收率的计算就不可避免。1981年，葛新石［18］等提出了任意层透明盖板—吸热板系统辐射特性的计算方法，推导了多层（包括单层）透明盖板的有效透过率（TJ、有效吸收率（a*）及吸热板的有效吸收率（A*）的计算公式，相关内容可参考文献［18］。采用多层透明盖板可以减少集热器的对流和辐射热损失，但同时也会降低阳光的有效透过率，特别是当盖板层数达到三层及三层以上时，实际投射到吸热板上的太阳辐射将大幅度减少。因此，一般情况下，平板太阳集热器透明盖板为单层或双层，很少采用三层及三层以上的。实际应用中，透明盖板的层数主要取决于太阳集热器的工作温度及使用地区的气候条件：绝大多数情况下使用单层盖板就可以满足使用要求；当集热器的工作温度较高或者气温较低的地区，宜采用双层透明盖板，如我国南方进行太阳能空调或者我国北方进行太阳能采暖［19］。5.2.2透明盖板与吸热板的间距透明盖板与吸热板间距（空气夹层间距）大小对自然对流影响颇大［20］，因此合理选择太阳平板集热器吸热板与透明盖板之间的距离,减少自然对流热损失，对提高集热器的热效率具有重要意义，尤其对采用选择性吸收表面的集热器［21］更为重要。国内外关于平板集热器最佳空气夹层间距的研究虽然很多，但结论不一。这里应当说明的是众多关于最佳空气夹层间距的研究都是基于对流热损最少而进行的。Hottel认为加大间距到1.27cm以上对减少对流热损几乎已无影响;Buchberg和Edwards等的研究建议合理间距取4—8cm；苏联和我国多数采用2—2.5cm［21］。国内陈则韶［12］等的研究结果指出具有最小对流热损失的太阳能平板集热器的最佳间距约为6厘米。张颜峰［20］等对平板太阳集热器中的自然对流现象进行了理论分析,提出了不同安装倾角平板太阳集热器空气夹层最佳间距的确定问题，并给出了平板集热器在水平、倾斜及垂直安装时最佳空气夹层的推荐值：水平放置，4—6cm；0到60度范围倾角，3.5—5.5cm；60—90度倾角，1.5—4.5cm；垂直放置，1.4—4cm。笔者认为该研究对平板集热器不同安装倾角时最佳空气夹层间距作了全面的分析，特别是对垂直放置时最佳空气夹层间距的研究，具有很大的实际意义和工程参考价值，因为随着太阳能与建筑一体化技术的发展和成熟，垂直放置（也包括倾斜放置）的太阳能平板集热器必然会得到广泛的应用。6结论及展望随着能源危机与环境问题日益凸显，节能与环保的要求也越来越强烈，新能源和可再生能源已成为新世纪经济发展中最具决定性影响的五个技术领域之一。太阳能利用技术和产业也已由技术开拓期步入蓬勃发展时代［3］。而平板太阳集热器作为早期太阳