太陽能集熱器選型參考

1、各種類型集熱器性能優(yōu)劣比較直插式全玻璃真空管集熱器U型管式全玻璃真空管集熱器玻璃-金屬封接熱管式真空管集熱器熱管式全玻璃真空管集熱器真空管集熱器平板集熱器悶曬式集熱器集熱器直插式全玻璃真空管集熱器直插式全玻璃真空管集熱器U型管式全玻璃真空管集熱器玻璃-金屬封接熱管真空管集熱器熱管式全玻璃真空管集熱器真空管集熱器平板集熱器悶曬式集熱器集熱器直插式全玻璃真空管集熱器U型管式全玻璃真空管集熱器玻璃-金屬封接熱管真空管集熱器熱管式全玻璃真空管集熱器真空管集熱器平板集熱器悶曬式集熱器集熱器太陽能光熱產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)呈現(xiàn)產(chǎn)品多樣、類型多樣、系統(tǒng)多樣的格局，太陽能光熱系統(tǒng)的核心元件集熱器也出現(xiàn)

2、多種產(chǎn)品，概況起來有以下幾種：真空管集熱器平板集熱器悶曬式集熱器集熱器U型管式全玻璃真空管集熱器集熱器熱管式全玻璃真空管集熱器玻璃-金屬封接熱管式真空管集熱器圖0、集熱器種類結(jié)構(gòu)圖一、 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能1、 真空管型集熱器真空管型集熱器包括全玻璃真空管型太陽能集熱器、玻璃-金屬結(jié)構(gòu)真空管型集熱器；全玻璃真空管型太陽能集熱器根據(jù)使用的方式又可以細(xì)分為直插式集熱器、U型管式集熱器和熱管式集熱器三種?？傮w來說，真空管型集熱器的吸熱部件是真空管，具有以下特點(diǎn)：l 真空集熱管具有真空夾層，空氣對流和傳導(dǎo)幾乎為0，保溫性能非常好（就象保溫瓶一樣），熱損系數(shù)非常小，空曬溫度達(dá)到200以上，部分達(dá)到280左

3、右。l 真空集熱管是圓柱形的管狀，太陽從不同方向入射時其截面不變，因此具有準(zhǔn)跟蹤性能，即早晚陽光較偏時得熱量也較高。同時對各個角度的光線都有吸收，對散射光吸收也較 好，因此在散射光較多的多云天氣和略陰的天氣，效率也較高。圖1、真空管接收光照示意圖具體來講，各種類型又具有各自的特點(diǎn)：1.1 直插式真空管集熱器此種類型集熱器是水工質(zhì)直接在真空管內(nèi)流通，然后通過自然/強(qiáng)制循環(huán)，將熱量存儲并使用。這種集熱器在非承壓狀態(tài)下運(yùn)行，對系統(tǒng)要求不高，安裝方便。但是直插式真空管集熱器也有自身的缺點(diǎn)：系統(tǒng)抗凍性能差，對冬季防凍要求比較高；一旦發(fā)生真空管破裂，整個系統(tǒng)將停止運(yùn)行，對維護(hù)要求比較及時；嚴(yán)禁在空曬狀態(tài)下

4、補(bǔ)水，避免發(fā)生真空管炸裂。這種系統(tǒng)主要使用在低端家用系統(tǒng)、低端小工程和防凍要求不高的地區(qū)。1.2 U型管式和熱管式真空管集熱器U型管式和熱管式真空管集熱器是在真空管內(nèi)裝配U型銅管或者熱管，對集熱器進(jìn)行空曬，通過循環(huán)在U型銅管或熱管中的工質(zhì)將熱量帶出，直接加熱水或者在水箱內(nèi)經(jīng)過盤管換熱加熱水。鋁翼真空管相變熱管 鋁翼真空管銅管圖2、熱管式真空管結(jié)構(gòu)及傳熱示意圖圖3、U型管式真空管結(jié)構(gòu)及傳熱示意圖這種系統(tǒng)由于使用大量金屬，所以初期投資相對較高，但總體的性價比仍然處于較高的水平，相比平板和玻璃-金屬集熱器具有優(yōu)勢；系統(tǒng)要經(jīng)過兩次換熱，相比于直插式集熱器，升溫速度稍慢，但是從能量守恒的角度來講，系統(tǒng)的

5、得熱量并沒有減少，并且在繼承了全玻璃真空管的高性能、可靠性高和準(zhǔn)跟蹤的優(yōu)點(diǎn)的同時，還具有直插式集熱器不可比擬的優(yōu)勢：a.運(yùn)行安全系數(shù)高，工質(zhì)在銅管和熱管內(nèi)循環(huán)，不直接在真空管內(nèi)循環(huán)，整套系統(tǒng)可以承壓運(yùn)行，并且發(fā)生真空管破裂時整套系統(tǒng)正常運(yùn)行；b.對防凍要求不高，由于管路中循環(huán)的是防凍液，工質(zhì)冰點(diǎn)低；c.現(xiàn)場安裝容易，裝配簡單?；谝陨咸攸c(diǎn)，目前U型管式和熱管式真空管集熱器是出口產(chǎn)品的主力軍；在國內(nèi)也多用于一些高端的工程，如中央財(cái)經(jīng)大學(xué)沙河校區(qū)熱水工程等，還有高檔住宅及別墅用的分體式熱水系統(tǒng)。2、 平板集熱器：平板集熱器一直以來都是集熱器家族內(nèi)的一支主要力量，同時也是真空管集熱器的主要競爭對手。

6、做為市場上一直存在的產(chǎn)品，平板集熱器也具有自己的特點(diǎn)：l 鋼化玻璃蓋板強(qiáng)度高，耐撞擊性能好，安全運(yùn)行系數(shù)高；l 由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與建筑結(jié)合容易；l 工質(zhì)在平板集熱器的銅管內(nèi)運(yùn)行，可以承壓運(yùn)行；雖然平板具有這些特點(diǎn)，但是平板集熱器也是具有不可彌補(bǔ)的缺點(diǎn)：Ø 平板集熱器的吸熱板和玻璃蓋板之間無法抽真空，當(dāng)吸熱板吸收太陽能溫度上升后，平板和玻璃蓋板之間的空氣層形成對流，造成熱損大大增加，其熱損系數(shù)是真空管集熱器的35倍。因此當(dāng)環(huán)境溫度較低時（北方地區(qū)冬季）或工作溫度要求較高時都無法工作；Ø 不具備準(zhǔn)跟蹤功能，當(dāng)陽光斜射時，接收面積迅速減小，得熱很快下降；Ø 只有在低

7、溫或者陽光直射的狀態(tài)下，平板集熱器集熱效率較高，其他工作狀態(tài)則不甚理想。圖4、平板集熱器熱流向圖3、 玻璃-金屬熱管集熱器這里所講的玻璃-金屬熱管集熱器是指玻璃管外徑為70mm和102mm的玻璃-金屬封接的大熱管太陽能集熱器。真空 玻璃管 吸熱體 熱管 熱管冷凝段圖5、玻璃-金屬熱管真空管集熱管示意圖玻璃-金屬熱管真空管集熱管雖然外觀上與全玻璃真空管一樣，同時其玻璃管內(nèi)也是真空狀態(tài)，吸熱體吸收太陽能通過銅管傳遞到冷凝端，經(jīng)過熱交換得到熱水。但是其吸熱體卻與平板集熱器完全相同，不具有準(zhǔn)跟蹤功能?？傮w來說，玻璃-金屬熱管集熱器和集熱管特點(diǎn)如下：l 管內(nèi)不走液體，可以承壓運(yùn)行，安全系數(shù)高；l 相比平

8、板集熱器，玻璃管內(nèi)保持真空，熱損系數(shù)小，保溫性能好；Ø 端口是玻璃與金屬封接，由于兩種物質(zhì)熱膨脹系數(shù)不同，反復(fù)加熱會造成封接口破裂，因此真空壽命短，進(jìn)而縮短集熱管壽命；Ø 結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，玻璃與金屬封接不好容易漏氣，銅條帶吸熱體在排氣時容易氧化，因此成品率低，價格高；Ø 不具備對太陽光的準(zhǔn)跟蹤功能，效率不夠高；Ø 容易在冷凝段產(chǎn)生不凝氣體，阻礙傳熱的進(jìn)行，降低效率。這樣一些因素導(dǎo)致其使用范圍比較小，市場占有率不高。二、熱性能2.1效率曲線與效率方程不考慮系統(tǒng)管路、水箱等其它因素，單從集熱器角度來說，其熱性能均可以從集熱器效率曲線和效率方程上分析得出：集熱器

9、的效率方程為 h=h0- UL*(Ti-T0)/G 集熱器的瞬時效率方程是集熱器熱性能的集中反映。h越大，說明集熱器在相同時間內(nèi)、相同條件下得熱量越多。而對于某一確定的集熱器來說，其h0、UL都是唯一確定的，共同決定集熱器的效率值大小，這里，h0是瞬時效率截距，UL是集熱器熱損系數(shù)，式中(Ti-T0)/G是變量，其值越大，集熱器溫度越高，系統(tǒng)溫度所能達(dá)到的溫度越高，效率越低。國家平板集熱器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低性能要求, h0=0.68 , UL=6 W/m2K 。國家真空管集熱器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低性能要求, h0=0.6 , UL=2.5 W/m2K。以上兩組數(shù)據(jù)表明，當(dāng)(Ti-T0)/G達(dá)到0.023的時

10、候，即集熱器溫度達(dá)到40以上，高于環(huán)境溫度18-20時，真空管集熱器效率將超過平板集熱器效率。即真空管集熱器所能達(dá)到的溫度會遠(yuǎn)高于平板集熱器所能達(dá)到的溫度。此外，冬季使用太陽能熱水系統(tǒng)的時候，由于集熱器內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度差別較大，而平板集熱器沒有真空，所以集熱器本身和外界熱對流和熱輻射均較大，向環(huán)境中散失很大一部分熱量，將造成系統(tǒng)溫度不高，甚至不能滿足使用要求。從效率曲線上分析：平板型集熱器真空管型集熱器圖6、集熱器效率曲線太陽能的供熱和采暖系統(tǒng)，如果采用地板采暖系統(tǒng)，基本系統(tǒng)工況可以用集熱器為50度工況做為設(shè)計(jì)依據(jù)，由于環(huán)境溫度低（冬季采暖季），在系統(tǒng)工作工況下，系統(tǒng)的效率曲線基本處于上圖中

11、豎線的右側(cè)，可以明顯看出真空管型集熱器的效率高。本公司的熱管集熱器（干式）HPG-24/58-1800于國家檢測中心測試結(jié)果為h0=0.800 , UL=2.252 W/m2K，遠(yuǎn)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能要求。U型管式集熱器性能也十分優(yōu)異。圖7、公司干式熱管集熱器效率曲線上圖中：紅線真空管集熱器檢測標(biāo)準(zhǔn)要求的最低水平線；藍(lán)線平板集熱器檢測標(biāo)準(zhǔn)要求的最低水平線；黃線本公司干式熱管真空管集熱器的測試結(jié)果。玻璃-金屬熱管集熱器起初保持比較好的真空度，效率很高，但是隨著時間增長，玻璃與金屬封接處出現(xiàn)開裂，真空度降低，其效率會逐漸下降。綜合分析：平板集熱器效率截距高，但是熱損大，下降快，總體效率不高；真空

12、管集熱器（直插式、熱管式、U型管式）效率截距高，熱損小，總體效率處于最高的水平；玻璃-金屬真空管集熱器則隨著使用期限的延長效率逐漸降低。 2.2 計(jì)算實(shí)例說明現(xiàn)在考慮幾種實(shí)際運(yùn)用工況，用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低性能要求真空管集熱器和平板集熱器性能計(jì)算如下： 1） 冬季運(yùn)行，集熱器溫度處于50，環(huán)境溫度為20的情況下，太陽輻射為800W/m2時的標(biāo)準(zhǔn)工況下：真空管集熱器效率為：h=0.6- 2.5*(5020)/8000.381；平板集熱器效率為：h=0.68- 6*(5020)/8000.155 ；此時真空管集熱器效率比平板集熱器高22。在氣候溫度為30時，標(biāo)準(zhǔn)工況的真空管集熱器效率為35，標(biāo)準(zhǔn)工況的

13、平板集熱器效率為8，基本平板集熱器得熱很少。真空管比平板高 27。同時從實(shí)際測試的結(jié)果來看，此種條件下平板集熱器也很難達(dá)到50。2） 春秋運(yùn)行，環(huán)境溫度10的情況下，真空管比平板高 9.5：真空管集熱器效率為：h=0.6- 2.5*(50-10)/8000.475；平板集熱器效率為：h=0.68- 6*(50-10)/8000.38 ； 3） 夏季運(yùn)行，由于負(fù)荷減少，集熱器溫度升高，集熱器至少工作在60溫度下，環(huán)溫為30，真空管集熱器效率也比平板集熱器效率高5。三、使用建議針對各種集熱器的特性和實(shí)際使用情況，有針對性的選擇合適的產(chǎn)品，將項(xiàng)目利益最大化是我們的追求。從以上對于集熱器結(jié)構(gòu)和熱性能的分析，我們可以清晰的看出各種類型的集熱器使用場所和環(huán)境：l 直插式真空管集熱器：低端市場。農(nóng)村家用系統(tǒng)或者城市低端需求用戶，對防凍要求不高的地區(qū)的中小型熱水系統(tǒng)；借助于現(xiàn)在的控制技術(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)防凍運(yùn)行；l U型管式/熱管式真空管集熱器：各種使用環(huán)境、中高端市場。陽臺壁掛系統(tǒng)、高檔住宅分體式家用熱水系統(tǒng)、對安全要求較高的公共場所用熱水系統(tǒng)、特別推薦在嚴(yán)寒地區(qū)的大中小型熱水/供暖系統(tǒng)、需承壓運(yùn)行的各種工況；l 玻璃-金屬熱管式真空管集熱器：家用熱水系統(tǒng)、需承壓運(yùn)行的系統(tǒng)；l 平板集熱器：冬季對熱水需求小、要求溫