1、太阳能光热系统沈阳工程学院刘莉莹1.第三章 太阳集热器3.1 概述3.2 太阳能热利用中的传热学基础3.3 太阳能集热器的分类3.4 平板型太阳能集热器3.5 真空管太阳能集热器2.第三章第三章 太阳集热器太阳集热器3.3.1 概述4.3.1 概述5.3.2.1 热量传递的基本方式热量传递的基本方式3.2 太阳能热利用中的传热学6.7.8.1.1.热传导（导热）热传导（导热）Heat conductionu 热传导的定义热传导的定义 9.u 平壁一维稳态导热平壁一维稳态导热 tw1tw2:C)(mW2mW:21wwtttC2mW tA2 mWtAq10.气体液体非金属固体金属;)(398CmW
2、纯铜;)(6.0CmW水）（空气CCmW20 )(026.0 C)(mW tqtA11.:/RC W WttAA12.2.2.热对流热对流 Heat convection21()pmcttW m 13.14.2mW2W(mC)2mwt Cft Ch()WwfhA tt2()W m wfqh ttA15.h()wfhA ttC)(mW2 16.hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrh17.18.4 W A T T K-824=5.67 10 W(m K)A2m 4 W A T 19.20.T1T2QA 4412()bATT 21.3.2.2 太阳辐射的吸收、反射
3、和透射 太阳透射在物体上时，发生吸收、反射和透射，据能量守恒，有1太阳吸收比太阳吸收比反射比反射比透射比透射比22.四种反射表面 1.镜反射表面 2.漫反射表面 3.镜-漫反射表面 4.混合型反射表面23.问题：问题：冬天、夏天，屋内都开空调（假设都冬天、夏天，屋内都开空调（假设都是是20），屋内温度一样，但穿衣不一样。），屋内温度一样，但穿衣不一样。为什么为什么？24.3.3 太阳集热器分类25.3.3 太阳集热器分类26.3.3 太阳集热器分类27.3.3 太阳集热器分类28.3.3 太阳集热器分类29.3.4 平板太阳能集热器30.31.32.33.34.35.3.4.1 平板集热器基本
4、结构1.结构图36.3.4.1 平板集热器基本结构37.3.4.1 平板集热器基本结构38.3.4.1 平板集热器基本结构39.3.4.1 平板集热器基本结构40.3.4.1 平板集热器基本结构41.3.4.1 平板集热器基本结构42.3.4.1 平板集热器基本结构43.44.45.46.47.48.49.3.4.1 平板集热器基本结构对透明盖板的技术要求对透明盖板的技术要求高透射比高透射比红外透射比低红外透射比低导热系数小导热系数小冲击强度高冲击强度高耐候性能好耐候性能好50.3.4.1 平板集热器基本结构51.3.4.1 平板集热器基本结构52.3.4.1 平板集热器基本结构普通平板玻璃普
5、通平板玻璃优点：红外透射比低、导热系数小、耐候性能好优点：红外透射比低、导热系数小、耐候性能好缺点：太阳透射比低、冲击强度低易破碎缺点：太阳透射比低、冲击强度低易破碎玻璃钢玻璃钢优点：太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高、优点：太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高、质量轻、易加工质量轻、易加工缺点：寿命差缺点：寿命差53.3.4.1 平板集热器基本结构54.55.56.57.3.4.1 平板集热器基本结构58.3.4.1 平板集热器基本结构59.3.4.2 集热器的基本能量平衡方程60.3.4.3 集热器总热损系数总热损系数定义总热损系数定义 集热器中吸热板与周围环境的平均传热系数。集热器中吸
6、热板与周围环境的平均传热系数。61.3.4.3 集热器总热损系数62.集热器顶部热损失主要有对流和辐射两种集热器顶部热损失主要有对流和辐射两种吸热体与透明板盖之间的对流和辐射传热吸热体与透明板盖之间的对流和辐射传热透明板盖和外界的对流和辐射透明板盖和外界的对流和辐射 顶部散热一般是在这三种散热中比例最大的顶部散热一般是在这三种散热中比例最大的计算方法：计算方法：kleinklein经验公式经验公式 教材教材p45p453.4.3 集热器总热损系数63.3.4.3 集热器总热损系数64.3.4.3 集热器总热损系数265.3.4.3 集热器总热损系数66.67.3.4.3 集热器总热损系数68.
7、3.4.3 集热器总热损系数69.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线集热器的效率方程QA=AG(）eQL=AUL(tp-ta)G表示太阳辐射度A表示集热器面积(）e表示透明盖板透射比与吸热体吸收比的有效乘积 UL 散热器总热损系数70.71.72.73.集热器的效率方程QU=AG(）e-AUL(tp-ta)集热器效率定义：在稳态（准稳态）条件下，集热器传热工质在规定时段内输出的能量与规定的集热器面积和同一时段内入射在集热器上的太阳辐照量的乘积之比。=Q=QU U/AG/AG3.4.4 集热器效率方程及效率曲线74.GGGGG3.4.4 集热器效率方程及效率曲线G75.GGG3.4.4 集热器
8、效率方程及效率曲线GG76.GGG3.4.4 集热器效率方程及效率曲线GG77.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线GGG78.热效率因子热效率因子物理意义物理意义 集热器集热器实际输出的能量实际输出的能量与与假定整个吸热板处于假定整个吸热板处于工质平均温度时输出的能量工质平均温度时输出的能量之比之比热转移因子热转移因子物理意义物理意义 集热器集热器实际输出的能量实际输出的能量与与假定整个吸热板处假定整个吸热板处于工质进口温度时输出的能量于工质进口温度时输出的能量之比之比3.4.4 集热器效率方程及效率曲线79.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线80.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线81
9、.GGG 以三种温度表示的集热器效率方程以三种温度表示的集热器效率方程3.4.4 集热器效率方程及效率曲线tp 集热板温度集热板温度tfi 集热板集热板 中流体入口温度中流体入口温度FRtfm 集热板流体平均温度集热板流体平均温度F 82.GGG83.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线GGGG84.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线G85.1某平板太阳能集热器的效率曲线以入口温度某平板太阳能集热器的效率曲线以入口温度表示，该曲线上有两个数据点为（表示，该曲线上有两个数据点为（0.03，0.7）和（和（0.005,0.8）。已知测量时的太阳辐照度为）。已知测量时的太阳辐照度为1200/W，环
10、境温度为，环境温度为20。（1）试画出该效率曲线。）试画出该效率曲线。（2）确定该平板集热器的最大效率和可以达到）确定该平板集热器的最大效率和可以达到的最高入口温度。的最高入口温度。2.分别画出以三种归一化温度表示的集热器热分别画出以三种归一化温度表示的集热器热效率曲线，说明其物理意义。效率曲线，说明其物理意义。86.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线一一GGG87.3.4.4 集热器效率方程及效率曲线88.3.4.5 平板型集热器的热性能试验89.3.4.5 平板型集热器的热性能试验90.GG3.4.5 平板型集热器的热性能试验91.GGG3.4.5 平板型集热器的热性能试验92.3.4.
11、5 平板型集热器的热性能试验93.3.4.5 平板型集热器的热性能试验94.3.4.5 平板型集热器的热性能试验95.3.4.5 平板型集热器的热性能试验96.3.4.5 平板型集热器的热性能试验97.3.4.5 平板型集热器的热性能试验98.3.4.5 平板型集热器的热性能试验99.3.4.5 平板型集热器的热性能试验100.3.4.5 平板型集热器的热性能试验101.3.4.5 平板型集热器的热性能试验102.3.5 真空管太阳集热器103.3.5 真空管太阳集热器104.3.5.1 全玻璃真空管集热器105.106.107.108.109.110.111.112.3.5.1 全玻璃真空管
12、集热器113.3.5.1 全玻璃真空管集热器114.3.5.1 全玻璃真空管集热器115.如何判断全玻璃真空如何判断全玻璃真空管集热器的好坏？管集热器的好坏？3.5.1 全玻璃真空管集热器116.3.5.1 全玻璃真空管集热器117.118.119.120.121.122.3.5.1 全玻璃真空管集热器全玻璃真空管的热性能测定全玻璃真空管的热性能测定1.1.空晒性能参数的测定空晒性能参数的测定 定义：空晒温度与环境温度之差与太阳辐照定义：空晒温度与环境温度之差与太阳辐照度的比值。度的比值。空晒性能参数空晒性能参数Y Y值大于或等于值大于或等于 190m 190m2 2/kW/kW，方为合格，越
13、大越，方为合格，越大越好好123.2.2.闷晒曝辐量闷晒曝辐量 定义：充满真空集热管的水的温度升高一定温度定义：充满真空集热管的水的温度升高一定温度范围所需的太阳辐照量。范围所需的太阳辐照量。太阳辐照度太阳辐照度G800W/mG800W/m2 2,环境温度环境温度8Ta30,8Ta30,真空集热管以水为传热工质，初始温度不低于环境温真空集热管以水为传热工质，初始温度不低于环境温度，闷晒至水温升高度，闷晒至水温升高3535所需的太阳辐照量所需的太阳辐照量 罩玻璃管外经为罩玻璃管外经为47mm47mm，H3.7MJ/mH3.7MJ/m2 2。罩玻璃管外经为罩玻璃管外经为58mm58mm，H4.7M
14、J/mH4.7MJ/m2 2。3.5.1 全玻璃真空管集热器124.3.3.平均热损系数平均热损系数 定义：在无太阳辐照的条件下，真空集定义：在无太阳辐照的条件下，真空集热管充满的热水平均温度与平均环境温度每热管充满的热水平均温度与平均环境温度每相差相差11时，经吸热体单位表面积散失的热时，经吸热体单位表面积散失的热流量。流量。真空集热管的平均热真空集热管的平均热损损 系数系数ULT0.85W/(mULT0.85W/(m2 2.).)3.5.1 全玻璃真空管集热器125.3.5.2 热管式真空管集热器126.127.128.129.130.131.3.5.2 热管式真空管集热器132.3.5.
15、2 热管式真空管集热器133.3.5.2 热管式真空管集热器134.3.5.2 热管式真空管集热器135.3.5.2 热管式真空管集热器热管式真空管的热性能测定热管式真空管的热性能测定空晒性能参数的测定空晒性能参数的测定 定义：空晒温度与环境温度之差与太阳辐照定义：空晒温度与环境温度之差与太阳辐照度的比值。空晒温度：在规定条件下，热管冷凝度的比值。空晒温度：在规定条件下，热管冷凝段达到的最高温度。段达到的最高温度。Y Y(T(Tp p 一一 T T a a)/G=)/G=0.195 0.195 m m2 2/W/W136.3.5.2 热管式真空管集热器137.3.5.2 热管式真空管集热器13
16、8.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器139.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器140.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器141.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器142.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器143.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器144.3.5.3 其他形式金属吸热体集热器145.3.5.4 热管式真空管集热器146.147.148.3.5.4 热管式真空管集热器热管式真空管集热器的热性能测定热管式真空管集热器的热性能测定1.1.瞬时效率曲线瞬时效率曲线2.2.集热器面积的确定集热器面积的确定149.150.3.5.5 真空管与平板集热器比较151.3.5.5 真空管与平板集热器比较152.3.5.5 真空管与平板集热器比较153.3.5.5 真空管与平板集热器比较154.3.5.5 真空管与平板集热器比较155.3.5.5 真空管与平板集热器比较156.3.5.5 真空管与平板集热器比较157.3.5.5 真空管与平板集热器比较158.3.5.5 真空管与平板集热器比较159.3.5.5 真空管与平板集热器比较160.3.5.5 真空管与平板集热器比较161.3.5.5 真空管与平板集热器比较162.163.
