1、1-1 平板型太阳能集热器概述平板型太阳能集热器概述 一、太阳集热器的分类 二、平板太阳集热器基本结构 三、工作原理 四、能量平衡基本方程 一、太阳集热器的分类按集热器的传热工质类型分类：按集热器的传热工质类型分类：（1 1）液体集热器）液体集热器 （2 2）空气集热器）空气集热器按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分类：按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分类：（1 1）聚光型集热器）聚光型集热器 （2 2）非聚光型集热器）非聚光型集热器集热器是将收集的太阳辐射能转变为热能，并将它传给工作介质（流体）的一种特殊换热装置。集热器集热器聚光型集热器聚光型集热器非聚光型集热器非聚光型集热器（平板集热器
2、，真空管集热器）能够利用直射辐射和散射辐射。将太阳光聚集在面积较小的吸热面上，可获得较高温度，但只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳。按集热器是否跟踪太阳分类：按集热器是否跟踪太阳分类：（1 1）跟踪集热器）跟踪集热器 （2 2）非跟踪集热器）非跟踪集热器按集热器内是否有真空空间分类：按集热器内是否有真空空间分类：（1 1）平板型集热器）平板型集热器 （2 2）真空管集热器）真空管集热器按集热器的工作温度范围分类：按集热器的工作温度范围分类：（1 1）低温集热器（）低温集热器（100 100 以下）以下）（2 2）中温集热器（）中温集热器（100100250 250 ）（3 3）高温集热器（）高温
3、集热器（250 250 以上）以上）二、平板太阳集热器基本结构一、典型平板太阳集热器的构造平板式液体集热器平板式液体集热器 定义：以水或其他液态传热流体为工质的非真空隔热的非聚光型集热器。特点：太阳辐射能的吸热面积与透光面积基本相等；与聚焦型集热器相比，结构简单；通常固定安装，不需跟踪太阳；成本较低，不具备聚光功能，热流密度较低。基本结构（1 1）透明盖板）透明盖板（2 2）集热板）集热板（3 3）隔热层）隔热层（4 4）外壳）外壳平板型集热器结构简图1吸热板；2透明盖板；3外壳；4隔热材料；5吸收涂层平板式集热器的结构平板式集热器的结构透明盖板透明盖板 主要功能：主要功能：透射，透过太阳辐射
4、 隔热，减少吸热板到环境的 热损失 保护，保护吸热板，使其不 直接暴露于大气中，免受灰 尘、雨雪的侵蚀 材料：材料：平板玻璃、透明塑料 透明盖板性能要求：透明盖板性能要求：透过率高，吸收率和反射率低 热辐射（长波）透过率低 机械强度高 不透雨水 性能稳定平板式集热器的结构平板式集热器的结构集热板集热板 吸热体主要有4种结构型式：管板式翼管式扁盒式蛇管式吸热板的构造 集热板性能要求：集热板性能要求：吸收率高，热辐射率低 热转换效率高 对介质耐腐蚀性好 寿命长 工艺简单 价格便宜平板式集热器的结构平板式集热器的结构隔热层隔热层 为降低热损失和提高集热效率，在集热板的底部和四侧，必须填充一定厚度而绝
5、热性能良好的隔热层。特性要求（指用作隔热层的绝热材料）：导热系数低 耐温性好 性能稳定，寿命长平板式集热器的结构平板式集热器的结构外壳外壳 外壳是集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和隔热层的部件 不仅要具有构造材料的功能，而且要具有装饰材料的功能 材料：材料：铝合金板、不锈钢板、碳钢板、塑料、玻璃钢等平板集热器平板集热器按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器；按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器；按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等
6、；其它非金属集热器等；按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等；有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等；按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。热器等。目前，国内外使用比较普遍的是目前，国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和。铜翅和铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊，铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介
7、质焊，19951995年我国也开年我国也开发成功全铜高频焊集热器。发成功全铜高频焊集热器。19371937年从加拿大引进铜铝复合生产线，通过消化年从加拿大引进铜铝复合生产线，通过消化吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。为了减少集热器的热损失，为了减少集热器的热损失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些材料价格较高，一时难以推广应用。材料价格较高，一时难以推广应用。太阳辐射透过透明盖板到达吸热板，被吸热板上的吸热涂层吸收后，产生光热效应，转化为热能而后通
8、过导热、对流等方式将热能传给集热排管和集热管中的水或其他传热流体，供人们使用。三、工作原理三、工作原理四、平板太阳集热器的能量平衡方程sLuAQQQQAQuQLQsQ入射太阳辐射能，W；集热器有用收益，W；集热器对周围环境的总散热热损失，W；集热器本身的储能，W。式中，1-2 盖层系统的光学性质盖层系统的光学性质 一、透过率与入射光谱的函数关系不同含铁量玻璃的光谱透过率 聚氟乙烯膜的光谱透过率 入射到集热器最外层盖板上的太阳辐射能中被吸热体所吸收的百分率称为集热器的透射比与吸收比的乘积（简称透吸比的乘积），它是表征集热器性能的主要指标之一，除了与盖层和吸热体材料或涂层有关以外，还取决于盖层数与
9、直射辐射的入射方向。二、透过率与吸收率乘积 集热器的透过吸收率乘积 有效透过率-吸收率乘积e)(1-3 集热器的的总热损系数集热器的的总热损系数集热器总热损系数集热器总热损系数：集热器中吸热板与周围环境的传热系数。集热器的热损失示意图 集热器的总热损失量QL由顶部、边缘及底部热损失三部分组成，即：式中，Qt、Qb、Qe顶部、底部、侧面散热损失，W；Ut、Ub、Ue顶部、底部、侧面热损系数，W/(m2K)；At、Ab、Ae顶部、底部、侧面面积，m2；UL吸热板对环境的总热损系数，W/(m2K)。（1）底部热损失）底部热损失（2）侧面热损失侧面热损失（3）顶部热损失）顶部热损失减少集热器热损失的途径：减少集热器热损失的途径：（1）减少吸热板与透明盖板之间的对流热损失（2）板与透明盖板之间的辐射热损（3）增加透明盖板层数可同时减少吸热板与透明盖板之间的对流及辐射热损
