太陽能行業(yè)課件：第二章-2 太陽能集熱器及熱水系統(tǒng)

1、太陽能集熱器及熱水系統(tǒng)太陽能集熱器及熱水系統(tǒng) 新能源利用技術(shù)新能源利用技術(shù) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 太陽能集熱器的分類 平板型太陽集熱器 真空管型太陽集熱器 家用太陽能熱水器 太陽能熱水系統(tǒng) 一、太陽集熱器的分類一、太陽集熱器的分類 許多人誤認(rèn)為太陽集熱器（簡稱集熱器） 就是太陽熱水器。集熱器是熱水器的一部 分，它是決定熱水器熱性能優(yōu)劣的一個(gè)關(guān) 鍵部件。 太陽集熱器定義：太陽集熱器定義：太陽加熱系統(tǒng)中，接 收太陽輻射并向其傳熱工質(zhì)傳遞熱量的部 件。 按集熱器的工質(zhì)分類按集熱器的工質(zhì)分類 液體集熱器 空氣集熱器 按是否聚光分類按是否聚光分類 聚光集熱器 非聚光集熱器 按是否跟蹤太陽分類按是否跟蹤太陽分

2、類 跟蹤集熱器 非跟蹤集熱器 按集熱器的工作溫度分類按集熱器的工作溫度分類 (1)低溫集熱器 工作溫度在100以下 (2)中溫集熱器 工作溫度在100-200 (3)高溫集熱器 工作溫度在200以上。 按是否有真空空間分類按是否有真空空間分類 平板集熱器 真空集熱器 二、平板型集熱器二、平板型集熱器 吸熱體吸收太陽輻射能 ，將其轉(zhuǎn)換為熱能，并向工 質(zhì)傳遞熱量 透明蓋板光學(xué)性能好、 機(jī)械性能好、耐老化性能好 隔熱層降低集熱器熱損 失提高其熱效率 殼體將吸熱體、透明蓋 板和隔熱層裝配成一體 平板太陽集熱器構(gòu)造示意圖 平板型集熱器傳熱示意圖平板型集熱器傳熱示意圖 平板集熱器吸熱體的基本類型平板集熱器

3、吸熱體的基本類型 a 管板式 b 翼管式 c 扁盒式 d 蛇管式 管板式吸熱體管板式吸熱體 特征：特征：將排管與平板以一定的結(jié)合方式連接構(gòu)成吸熱條 帶 結(jié)合方式：結(jié)合方式：熱碾壓成型，高頻焊接，超聲焊接等 銅鋁復(fù)合條銅鋁復(fù)合條( (熱碾壓成型熱碾壓成型) )優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： a.熱效率高：熱碾壓使銅管和鋁板之間達(dá)到冶金結(jié)合，無 結(jié)合熱阻 b.水質(zhì)清潔：太陽條接觸水的部分是銅材，不會(huì)被腐蝕 c.保證質(zhì)量：生產(chǎn)過程完現(xiàn)機(jī)械化 d.耐壓能力強(qiáng)：用高壓空氣吹脹成型 翼管式吸熱體翼管式吸熱體 特征：特征：利用模子擠壓拉伸工藝制成金屬管兩側(cè)連有冀片的 吸熱條帶 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： a.熱效率高，管子和平板是一體，無

4、結(jié)合熱阻 b.耐壓能力強(qiáng)，鋁合金管可以承受較高的壓力。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： a.水質(zhì)不易保證，鋁合金會(huì)被腐蝕 b.材料用量大，工藝要求管壁和冀片都有較大的厚度 c.動(dòng)態(tài)特性差，吸熱板有較大的熱容量 扁盒式吸熱體扁盒式吸熱體 特征： 扁盒式吸熱板是將兩塊金屬板分別模壓成型，然 后再焊接成一體構(gòu)成吸熱板 優(yōu)點(diǎn)： a熱效率高，管子和平板是一體，無結(jié)合熱阻 b不需要焊接集管，流體通道和集管采用一次模壓成型。 缺點(diǎn)： a.焊接工藝難度大，容易出現(xiàn)焊接穿透或者焊接不牢 b.耐壓能力差，焊點(diǎn)不能承受較高的壓力 c.動(dòng)態(tài)特性差，流體通道的橫截面大，吸熱板有較大熱容 d.有時(shí)水質(zhì)不易保證，鋁合金和鍍鋅鋼都會(huì)被腐蝕 蛇

5、管式吸熱體蛇管式吸熱體 特征：特征：蛇管式吸熱板是將金屬管彎曲成蛇形。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： a.不需要另外焊接集管，減少泄漏的可能性 b.熱效率高，無結(jié)合熱阻； c.水質(zhì)清潔，鋼管不會(huì)被腐蝕； d.保證質(zhì)量，整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化； e.耐壓能力強(qiáng)，鋼管可以承受較高的壓力。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： a.流動(dòng)阻力大，流體通道不是并聯(lián)而是串聯(lián)； b.焊接難度大，焊縫不是直線而是曲線。 集熱器蓋板集熱器蓋板 無蓋板無蓋板: : 適用夏季游泳池加熱，成本低廉，加熱水 溫低，流量大 單層蓋板（普通黑漆）單層蓋板（普通黑漆）: :適用于春夏秋三季生產(chǎn)40- 46oC低溫生活熱水 單層蓋板（選擇性涂層）單層蓋板（選擇性涂層

6、）: :適用于春夏秋三季生產(chǎn)60- 70oC低溫生活熱水 雙層蓋板（選擇性或非選擇性涂層）雙層蓋板（選擇性或非選擇性涂層）: :用于環(huán)境寒冷 地區(qū)，但由光學(xué)效率降低，影響總體效率 集熱器隔熱材料選擇集熱器隔熱材料選擇 絕熱性能絕熱性能: :決定于導(dǎo)熱系數(shù)，需考慮溫度、濕度等的 影響 耐熱性耐熱性: :其耐熱溫度應(yīng)高于集熱器的悶曬溫度 抗腐蝕性抗腐蝕性: :不得對(duì)吸熱體和其它部件產(chǎn)生腐蝕作用 機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度: :為增強(qiáng)集熱器機(jī)械強(qiáng)度 集熱器效率的定義集熱器效率的定義 在穩(wěn)態(tài)(或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài))條件下，集熱器傳熱 工質(zhì)在規(guī)定時(shí)段內(nèi)輸出的能量與規(guī)定的集熱 器面積和同一時(shí)段內(nèi)入射在集熱器上的太陽 輻照量的乘

7、積之比 不同定義的集熱器面積會(huì)影響集熱器的 效率，集熱器面積三種定義：吸熱體面積、 采光面積、總面積。 AG Qu 集熱器面積集熱器面積吸熱體面積吸熱體面積 吸熱板的最大 投影面積 （圖中斜線面積） 集熱器面積集熱器面積采光面積采光面積 太陽輻射進(jìn)入 集熱器的最大投 影面積 （圖中斜線面積） 集熱器面積集熱器面積總面積總面積 整個(gè)集熱器的 最大投影面積 （圖中斜線面積） 不同輻照度不同輻照度- -溫差下集熱器效率溫差下集熱器效率 光損失 熱損失 集熱器與環(huán)境溫度之差(oC) 集熱器效率 集熱器效率的特點(diǎn)集熱器效率的特點(diǎn) 集熱器效率是變數(shù)，不是常數(shù)，與集熱器工 作溫度、環(huán)境溫度和太陽輻照度有關(guān)

8、效率曲線在y軸上的截距表示集熱器可獲得的 最大效率 效率曲線的斜率值表示集熱器總熱損系數(shù)的 大小 效率曲線在x軸上的交點(diǎn)值表示集熱器可達(dá)到 的最高溫度 三、真空管型太陽集熱器三、真空管型太陽集熱器 真空集熱器：將吸熱體與透明蓋層之間 抽成真空的太陽集熱器 主要特點(diǎn)：減少集熱器的傳導(dǎo)、對(duì)流和 輻射熱損失 從受力情況和密封角度，所以通常將真 空太陽集熱器基本單元做為圓管形狀， 而不是平板 真空管集熱器分類真空管集熱器分類 全玻璃的真空管集 熱器吸熱體由玻璃 管組成 金屬吸熱體真空管 集熱吸熱體由金屬 材料組成，如熱管 式真空管集熱器 全玻璃真空管的結(jié)構(gòu)全玻璃真空管的結(jié)構(gòu) 1、內(nèi)玻璃管 2、太陽選擇

9、性吸收涂層 3、真空夾層 4、外玻璃管 5、支承件 6、吸氣劑 7、吸氣膜 全玻璃真空管的生產(chǎn)流程全玻璃真空管的生產(chǎn)流程 真空管選擇性吸收涂層真空管選擇性吸收涂層 采用選擇性涂層作為吸熱體的光熱轉(zhuǎn)換材料， 要涂層有高的太陽吸收比，低的發(fā)射率，良好 的真空性能，耐熱性能。 采用磁控濺射技術(shù)的多層（漸變）鋁氮/鋁 選擇性吸收涂層，光吸收率可達(dá)0.93，紅外發(fā) 射率約為0.05（80） 三高管三高管 耐高溫、抗高寒、高效吸收的“三高”管，采 用干涉吸收型超低發(fā)射比鍍膜，解決了傳統(tǒng)的 漸變型選擇吸收鍍膜的反射曲線不陡峭，發(fā)射 比隨溫度升高顯著增大的問題。 U U型管式真空管型管式真空管 結(jié)構(gòu)簡單，就是

10、在真空管內(nèi)插 一根帶圓筒型鋁翼的U型銅管； 真空管內(nèi)無水，遇有真空管破 裂，集熱系統(tǒng)照常運(yùn)行； 傳熱工質(zhì)可選用防凍液，特別 適于高寒地區(qū)四季使用； 集熱器間可并聯(lián)或串聯(lián)安裝， 可以承壓運(yùn)行； 集熱管放置不受方向限制，系 統(tǒng)安裝、維修簡便。 帶反光板的真空管集熱器帶反光板的真空管集熱器 目的：增強(qiáng)光照，提 高集熱效率 CPC聚光板效果好與平 板反光板 存在問題：易積塵積 雪，不通風(fēng) 應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩須夂?條件合理選擇 熱管式真空管集熱器熱管式真空管集熱器 熱管工作原理熱管工作原理 管子的一端為蒸發(fā)段， 吸收熱量，另一端為冷 凝段釋放熱量。 當(dāng)管子的蒸發(fā)段被加熱 時(shí)，液體在網(wǎng)中氣化， 蒸發(fā)的蒸汽從管

11、心流向 冷凝段，蒸汽向外部釋 放熱量，重新凝結(jié)為液 體，再流回蒸發(fā)段。 熱管式真空管的特點(diǎn)熱管式真空管的特點(diǎn) 熱效率高：最高運(yùn)行溫度可達(dá) 100.最高悶曬溫度可達(dá)250. 工作溫度為70-120 熱啟動(dòng)快：在陽光下2分鐘即可 輸出熱量。 特殊的防凍技術(shù)：即使在-50 的嚴(yán)寒下仍能正常工作而無凍損 之憂。 高真空度，不結(jié)垢，承壓能力大高真空度，不結(jié)垢，承壓能力大 全天候運(yùn)行：天氣多變的南方和寒冷的北方全年運(yùn)行全天候運(yùn)行：天氣多變的南方和寒冷的北方全年運(yùn)行 使用壽命長：使用壽命可長達(dá)使用壽命長：使用壽命可長達(dá)1212年年 不同類型集熱器效率不同類型集熱器效率 集熱器效率 (集熱器出口溫度-環(huán)境溫度

12、)/太陽輻照度 平板 真空管 無蓋板集熱器 空氣集熱器 不同類型集熱器的使用范圍不同類型集熱器的使用范圍 集熱器與環(huán)境溫度之差 集熱器效率 四、家用太陽能熱水器類型四、家用太陽能熱水器類型 家用悶曬型 家用平板型 家用緊湊式全玻璃真空管型 家用緊湊式熱管真空管型 太陽熱水器太陽熱水器 定義：利用溫室原理，將太陽的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，?向水傳遞熱量，從而獲得熱水的裝置。 按照GB/T18713和NY/T513，儲(chǔ)熱水箱的容水量在0.6t 以下為家用太陽熱水器，大于0.6t則稱為太陽熱水系統(tǒng) 或太陽熱水工程 家用悶曬型太陽熱水器家用悶曬型太陽熱水器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用 可靠 特點(diǎn)：集熱器與水箱合

13、二為一，冷熱水的循環(huán) 和流動(dòng)在水箱內(nèi)部進(jìn)行 缺點(diǎn)： 保溫效果差，熱量損失 大 單筒式熱水器 家用平板型太陽熱水器家用平板型太陽熱水器 集熱器采用平板型 集熱器與水箱結(jié)合緊密， 上下循環(huán)管很短，不僅省 料，而且減少了管道的熱 損失 水箱前側(cè)板對(duì)太陽光還起 到反射作用，增強(qiáng)射入蓋 板的太陽輻射量 水箱容水量取決于集熱采 光面積，常規(guī)產(chǎn)品是14m2 家用緊湊式全玻璃真空管式家用緊湊式全玻璃真空管式 家用緊湊式熱管真空管型家用緊湊式熱管真空管型 集熱器采用熱管真空管 管內(nèi)不走水，不結(jié)垢，可 隨時(shí)上水 壽命主要取決于熱管的長 期穩(wěn)定工作 平板與真空管熱水器對(duì)比分析平板與真空管熱水器對(duì)比分析 產(chǎn)品類型產(chǎn)品

14、類型平板型（普通）平板型（普通）玻璃真空管玻璃真空管 日產(chǎn)水量日產(chǎn)水量/kgm-28011070100 產(chǎn)水溫度產(chǎn)水溫度/40604060 效率效率/%4545 價(jià)格價(jià)格較低較低偏高偏高 抗腐蝕性抗腐蝕性一般一般好好 安裝維修安裝維修方便方便不便不便 防凍防凍差差好好 結(jié)垢情況結(jié)垢情況有有有有 五、太陽能熱水系統(tǒng)五、太陽能熱水系統(tǒng) 熱水系統(tǒng)的分類 自然循環(huán)系統(tǒng) 強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng) 直流式循環(huán)系統(tǒng) 太陽能熱水系統(tǒng)類型太陽能熱水系統(tǒng)類型 按系統(tǒng)運(yùn)行方式分類： 1 自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng) 2 強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng) 3 直流式系統(tǒng)直流式系統(tǒng) 太陽能熱水系統(tǒng)類型太陽能熱水系統(tǒng)類型 按生活熱水與集熱器內(nèi)傳

15、熱工質(zhì)的關(guān)系分類： 1 直接系統(tǒng)直接系統(tǒng) 2 間接系統(tǒng)間接系統(tǒng) 太陽能熱水系統(tǒng)類型太陽能熱水系統(tǒng)類型 按集熱與供熱水范圍分類： 集中供熱水系統(tǒng)集中供熱水系統(tǒng) 集中分散供熱水系統(tǒng)集中分散供熱水系統(tǒng) 分散供熱水系統(tǒng)分散供熱水系統(tǒng) 太陽能熱水系統(tǒng)類型太陽能熱水系統(tǒng)類型 按輔助能源加熱設(shè)備安裝位置分類： 1 內(nèi)置加熱系統(tǒng)內(nèi)置加熱系統(tǒng)輔助能源加熱設(shè)備安裝在太陽熱 水系統(tǒng)的貯水箱內(nèi)； 2外置加熱系統(tǒng)外置加熱系統(tǒng)輔助能源加熱設(shè)備不是安裝在貯 水箱內(nèi)，而是安裝在太陽熱水系統(tǒng)的供熱水管路上或 貯水箱旁。 太陽能熱水系統(tǒng)類型太陽能熱水系統(tǒng)類型 按輔助能源啟動(dòng)方式分類： 1全日自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)全日自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)始終自動(dòng)啟

16、動(dòng)輔助能源加熱 設(shè)備，確保可以全天24小時(shí)供應(yīng)熱水； 2定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)輔助能源加熱 設(shè)備，從而可以定時(shí)供應(yīng)熱水； 3按需手動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)按需手動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)用戶需要，隨時(shí)手動(dòng)啟 動(dòng)輔助能源加熱設(shè)備。 太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用表太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用表 自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng) 系統(tǒng)依靠集熱器與蓄水 箱的水溫不同產(chǎn)生的密度 差進(jìn)行循環(huán)，水箱中的水 經(jīng)過集熱器被不斷加熱 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行 安全可靠，不需要循環(huán)水 泵等 缺點(diǎn)：為了防止系統(tǒng)中 熱水倒流和維持熱虹吸壓 頭，蓄水箱必須置于集熱 器的上方 強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)直接加熱系統(tǒng)直接加熱系統(tǒng) 在集熱器和貯水箱之 間管路上

17、設(shè)置水泵，作 系統(tǒng)中的水循環(huán)動(dòng)力。 系統(tǒng)中設(shè)有控制裝置， 根據(jù)集熱器出口與貯水 箱之間水的溫差控制水 泵運(yùn)轉(zhuǎn)。 在水泵入口處，裝止 回閥，防止夜間系統(tǒng)中 發(fā)生水倒流而引起熱損 失。 在大型強(qiáng)制循環(huán)式 太陽熱水系統(tǒng)中，為 了防凍有時(shí)采用設(shè)置 換熱器的雙回路系統(tǒng) 這種系統(tǒng)由于換熱 器存在傳熱溫差，使 系統(tǒng)效率降低 強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)間接加熱系統(tǒng)間接加熱系統(tǒng) 直流式系統(tǒng)直流式系統(tǒng) 直流式，指水一次通過集熱器就被加熱 到所需的溫度，所以又稱一次式。它是一 種開式太陽熱水系統(tǒng) 分為熱虹吸式和定溫放水式兩種 直流式系統(tǒng)直流式系統(tǒng)熱虹吸式熱虹吸式 集熱器受到陽光照射， 水溫升高，在系統(tǒng)中形 成熱虹吸壓力 早晨太陽升起一段時(shí) 間以后，在貯水箱中便 可收集到熱水。 這種虹吸型直流式太 陽熱水系統(tǒng)的流量具有 自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，但供水 溫度不能按用戶要求自 行調(diào)節(jié)。 直流式系統(tǒng)直流式系統(tǒng)定溫放水型定溫放水型 系統(tǒng)在集熱器出口處安裝 測(cè)溫元件，通過溫度控制器， 控制安裝在集熱器入口管道 上的電動(dòng)閥的開度，達(dá)到根 據(jù)溫度調(diào)節(jié)水流量，使出