真空管太阳能与平板太阳能的性能浅析

真空管太阳能与平板太阳能的性能浅析2011-01-1212:18:58作者：zjx来源：网友评论0条摘要：云南省规定十一层楼以下建筑必须安装太阳能，而昆明市规定十二层楼以下建筑必须安装太阳能。太阳能已成为了如门窗一样建筑必不可少的部件之一。但它的应用受外界制约的因素太多，更无法达到门窗的标准化与统一规范。因此对太阳能形式的选择就成为一项重要工作。一、真空管太阳能集热器1、真空管集热管的结构及组成真空管太阳能集热器的结构：分内外管，内管内壁有水银涂层，内管外壁有吸热涂层，内外管之间是真空层；外管是透明的玻璃，内外管均采用高硬度的高硼硅玻璃；一端有进出口，另一端封闭。2、真空管技术参数目前集热效果的最好的是AL---N/AL真空溅射选择性镀膜，利用该涂层的玻璃真空管，其吸收率≥0.93；红外发射率ε≤0.6；平均热损Uct0.9W/㎡℃；真空度P≤5×10ˉ3pa，采用性能高硼硅3.3特硬玻璃制造。二、平板太阳能集热器1、平板太阳能集热器的吸热板是平板形状的由此得名。它由吸热板芯、壳体、玻璃盖板、保温材料等四部分组成。2、平板型集热器的工作过程是阳光透过玻璃盖板照射在表面有涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳能辐射能量后温度升高。一般常用的吸热板有铜铝复合阳极化板芯；全紫铜选择性涂层板芯两种，制造方法为板芯由两块金属薄板叠在一起，四周采用咬缝工艺连接在一起，制成平板型金属吸热体，底部用镀锌板和保温棉垫底，上部用玻璃板盖住，四周用橡胶条密封。受光面板上沟槽的槽底与背板冲压连接在一起，形成横向和纵向互相连通的工质流道。3、平板型太阳能集热器结构简单，运行可靠，热流密度较低，即工质的温度也较低。平板太阳能集热器采用低透过率(80%)平板玻璃，热损系数a1在3.54～4.03W/m2•K；三、真空管与平板太阳能的区别下面将从11个方面来分析目前我国平板热水器与真空管热水器的技术分析与对比。从而全面分析集热器热性能优缺点：1．市场占有率的比较目前，我国太阳能应用最为普及的是真空管太阳能与平板太阳能两种形式。云南省是最早普及太阳能的省份，也是平板太阳能应用最早最广泛的地区，在九十年代，其他省份的老百姓还不认识太阳能为何物时，云南已非常普及。八十年代与九十年代，云南省处处都是平板太阳能，而到了九九年后由于气候等因素的制约，生产工艺性要求，性能适应性条件等，导致真空管飞速发展，目前的比例为：平板太阳能占5％；真空管太阳能占95％。2.集热器热性能比较1)平板与真空管集热器热工性能对比通过对平板及真空管集热器在不同的环境条件下的吸热量的测试如下表表1：平板（带选择性涂层有盖板）太阳集热器的性能评价表（MJ/每板每天，3m2）表2：真空管太阳集热器的性能评价表（MJ/每板每天，3m2）表2：真空管太阳集热器的性能评价表（MJ/每板每天，3m2）表2：真空管太阳集热器的性能评价表（MJ/每板每天，3m2）表2：真空管太阳集热器的性能评价表（MJ/每板每天，3m2）以上表格中第一列是集热器的出水温度T1与环境温度T2的差值，表中的每一行是不同天气情况，数值为集热器在相同辐照条件下热工性能的数据。由表1及表2可以得出图4及图5。图4表示晴天时，在不同的温差A-D条件下，平板与真空管集热器的集热能力比较，在低温差下，平板集热器的集热能力优于真空管集热器，而随着热水温度与环境温度差值的加大，真空管集热器的集热能力占优。图5表示阴天时，在不同的温差A-D条件下，平板与真空管集热器的集热能力比较，真空管集热器集热能力优势更加明显。2)房屋朝向对太阳能的影响：不在正南方向房屋，真空管集热器受影响较小，而平板集热器集热效果影响较大；3．承压能力的比较平板太阳能集热器构件为金属材料组成，集热器与热水箱之间的连接件也采用金属零部件，因而集热器与连接件都能承受一定的压力，实验压力可达0.8MPa，即承压≥0.6MPa。而真空管集热器的构件主要为玻璃耐压0.15Mpa。4．防冻与抗冻性能：平板集热器由于板芯为金属板芯，其板芯内均为较小的毛细管道，且板芯与外界环境温度直接联通，故气温较低时容易结冰，抗冻性能较差；而真空管太阳能由于真空管为暖水瓶结构，管子外壁与内壁之间为真空状态，管子内水在较低气温下也不易结冰；5．结垢：平板太阳能集热过程主要通过金属板芯内毛细水管吸热，故容易在此过程中水与热金属（铝管或铜管）接触后产生水垢，并且根据平板集热器结构当水在毛细水管中结构后是无法清洗排除，故平板太阳能热水器使用寿命远远低于真空管热水器；而真空管热水器集热器均为玻璃管，水在玻璃管中吸收热量，在此过程中水与玻璃接触并不容易产生水垢，就像日常生活中，金属茶壶烧水容易产生水垢，而暖水瓶不容易产生水垢，且在产生水垢后，水垢与玻璃的亲和力较小，暖水瓶中水垢较容易倒出。在排污方面，平板太阳能热水器下部设有排污阀，但排污阀无法排出平板毛吸水管中的水垢，只能排除集热器下部管道中的沉淀物；有人提出真空管有一个端头为封闭，容易沉积泥沙，而现今主要供水均为自来水供水，自来水均经过多次净化处理，并无过多沉积物，且真空管热水器真空管可拆下清洗，且比较容易。故真空管太阳能热水器使用寿命远远高于平板太阳能热水器。6．散热：热量的传递方式有三种：辐射、传导、对流。平板太阳能热水器集热主要通过板芯内金属毛细水管吸热，板芯直接与大气接触，当气温较高时，金属吸热较快，而当气温较低时板芯会吸收板芯内水温，故散热较快，实际上平板式太阳能集热器的热效率为54%。；特别是有辅助加热承压运行时，水箱位置低于集热器时，由于热水的比重比冷水轻，这时水箱内的热水的热量会沿管道往上交换而进入到集热器，更加速了集热器的散热。真空管太阳能热水器集热元件真空管，其内壁与外壁之间保持真空，故不容易将管内热量释放出，保温性能较好，至于热量的对流散发对真空管太阳能而言。热效率达93.5%比平板太阳能高出很多。7．抗风：平板太阳能集热器必须连成整块，中间无空隙，故容易受风影响，若放在较高位置需做安全固定，存在安全隐患；真空管热水器集热器真空管为圆形，且管与管之间有一定空隙，风能直接穿过集热器，受风影响较小，故比较安全。8．占地面积：以500kg热水量集热器计算，真空管太阳能热水器集热面积为：6.4m2；平板太阳能集热面积为8.33m2，可见，相同热水量真空管太阳能热水器占地面积小于平板太阳能集热面积，故在受屋顶面积限制的建筑下比较适合安装真空管太阳能热水器；9．生产效率：真空管太阳能热水器规格型号较为统一，且配套性较好，可以大批量流水线生产，而平板太阳能热水器受限因素较多，以目前中国平板太阳能的生产模式，很难形成机械化流水线生产，特别难以达到远程运输。10．抗空晒性能：平板太阳能集热器为普通玻璃，当长时间不用或者太阳能集热器内无水的时候，经太阳暴晒，板芯吸热后的热量直接传递给玻璃，而普通玻璃耐高温性差，平板太阳能热水器抗高温性能较弱，而真空管太阳能热水器的真空管空晒性能可承受250℃；11．照射角：平板太阳能集热器对照射角及方位的要求较高，需尽量面南；而真空管热水器真空管为圆形，能有效吸收各个角度的阳光照射，故在方位较差或者日照较差的角度仍能使用真空管热水器。四、结束语目前人们对太阳能与建筑一体化的要求越来越高，但往往都是在建筑图纸已成型后去配置太阳能，表面上看做到了太阳能提前设计，但实际上仍然是太阳能去将就建筑，而要想太阳能真正与建筑结合，真正做到一体化，必须在设计建筑时设计师就应同时考虑太阳能的性能特点、外观、造价，这样才能真正保证太阳能与建筑一体化。真正做到实用、美观。