太陽(yáng)能熱水器的工作原理

1、太陽(yáng)能熱水器的工作原理摘要：太陽(yáng)能熱水器是利用用太陽(yáng)能依靠玻璃真空集熱管將水從低溫度加熱到高溫度的裝置，它既環(huán)保又節(jié)能。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能循環(huán)吸熱熱水器太陽(yáng)熱水器是利用太陽(yáng)的能量將水從低溫度加熱到高溫度的裝置，是一種熱能產(chǎn)品。太陽(yáng)熱水器是由玻璃真空集熱管、儲(chǔ)水箱、支架及相關(guān)附件組成，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠玻璃真空集熱管。集熱管受陽(yáng)光照射面溫度高，集熱管背陽(yáng)面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。其結(jié)構(gòu)是：主要由儲(chǔ)水桶，加熱管.和通水管組成.加熱管是太陽(yáng)能熱水器的核心部分.它分兩層：內(nèi)層是黑色塑料管，黑色吸熱能力強(qiáng)；外層是套在塑料管外的玻璃管，

2、防止熱量散失，且玻璃透明，陽(yáng)光可以穿過(guò).玻璃的作用類(lèi)似大氣的保溫作用.太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1367kw/m2。地球赤道的周長(zhǎng)40000km,從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá)173000TWo在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2,地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度0.20kw/行，相當(dāng)于有102000TW的能量，人類(lèi)依賴(lài)這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外）雖然太陽(yáng)能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類(lèi)所利用的能源的一萬(wàn)多倍，但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太陽(yáng)能的

3、這些特點(diǎn)會(huì)使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量的22億分之一，但已高達(dá)173,000TW,也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來(lái)源于太陽(yáng)；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)貯存下來(lái)的太陽(yáng)能，所以廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍非常大，狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能既是二次能源,又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。為人類(lèi)創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類(lèi)進(jìn)

4、入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代。太陽(yáng)能熱水器的原理主要包括：循環(huán)原理和集熱器吸熱原理。循環(huán)原理：利用冷水比熱水密度大，冷水下沉，熱水上升，形成自然對(duì)流循環(huán)、使水箱中的水逐漸變熱，達(dá)到顧客滿(mǎn)意的水溫為止。當(dāng)太陽(yáng)強(qiáng)度不足以滿(mǎn)足循環(huán)需要的時(shí)候，可以在水循環(huán)閉路加一水泵，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)。集熱器吸熱原理：太陽(yáng)能熱水器的集熱器表面，有一特殊的涂層，此涂層對(duì)太陽(yáng)能可見(jiàn)光范圍具有很大的吸收率，吸收為熱以后，集熱器的散熱熱輻射波長(zhǎng)在長(zhǎng)波范圍，該涂層對(duì)長(zhǎng)波的發(fā)射率很低，這樣就有效的滯留”了太陽(yáng)能的熱量。太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內(nèi)的水。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成

5、一個(gè)向上的動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移弁儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱上部，同時(shí)通過(guò)下循環(huán)管不斷補(bǔ)充溫度較低的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度?，F(xiàn)有的平板式集熱器，基本上都采用結(jié)合良好的多管組合方式，如滾壓或壓延方法等，其中走水管子與吸熱板之間的熱阻幾乎可以忽略。影響平板式集熱器板芯性能的主要因素，一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是表面吸收涂層。設(shè)計(jì)良好的集熱器的板芯肋片效率應(yīng)該在93%以上。集熱器的板芯肋片效率與板芯結(jié)構(gòu)、表面處理以及集熱器整體結(jié)構(gòu)有關(guān)。集熱器整體結(jié)構(gòu)的影響可以用總傳熱系數(shù)來(lái)描述，其影響程度與自身的幾何尺寸（肋片厚度、材質(zhì)）是一樣。也就是說(shuō)，在同等效率的情況下，集熱器熱損小時(shí)板芯

6、可以薄一些。選擇性吸收表面可以提高集熱效率，但是市面上這類(lèi)產(chǎn)品為了提高經(jīng)濟(jì)效益，往往肋片較薄。用于熱水器場(chǎng)合時(shí)，這類(lèi)產(chǎn)品的實(shí)際集熱效果與選擇性差一些（甚至沒(méi)有選擇性）但肋片厚一些的集熱器不會(huì)有太大的區(qū)別。水循環(huán)的具體過(guò)程是：水在集熱器表面受熱膨脹，密度變小，而循環(huán)回路中的冷水”密度較大，熱水上升至保溫水槽，冷水下降進(jìn)入集熱器受熱，如此循環(huán)。家用太陽(yáng)能熱水器通常按自然循環(huán)方式工作，沒(méi)有外在的動(dòng)力，設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)只要有56c以上的溫差就可以循環(huán)很好。水循環(huán)管路管徑及管路分布的合理性直接影響到集熱器的熱交換效率。多數(shù)情況下，自然循環(huán)家用熱水器系統(tǒng)管路中的流態(tài)都可以視為層流。集熱器內(nèi)管路系統(tǒng)的阻力主要

7、來(lái)自沿程阻力，局部阻力的影響要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。當(dāng)水溫升高后，由于運(yùn)動(dòng)粘度減小，沿程阻力變小，局部阻力的影響變大。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)主管管徑不變時(shí)，加大支管管徑，不僅沿程阻力迅速減小，而且局部阻力也將跟著減小。一般地，支管的水力半徑應(yīng)在10mm以上。當(dāng)主管管徑達(dá)到一定值以后，增加主管管徑對(duì)減小系統(tǒng)阻力意義不大。家用太陽(yáng)能熱水器的用水方式分為落水式和頂水式。落水使用方式不受自來(lái)水供水影響，其缺點(diǎn)是使用過(guò)程中水溫先低后高，掌握不好的話容易造成突然缺水的尷尬。頂水方式則是水溫先高后低，容易掌握，使用者容易適應(yīng)，但是要求自來(lái)水保持供水能力。在自來(lái)水有保證的情況下，推薦使用頂水方

8、式。家用太陽(yáng)能熱水器設(shè)計(jì)成頂水方式時(shí)，必須對(duì)水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以保證出水均勻，避免形成水路短路”或死角。使用管路最好設(shè)計(jì)成可以轉(zhuǎn)換成落水式的連接方式，在自來(lái)水壓力不足或停水時(shí)應(yīng)急用。太陽(yáng)能熱水器全玻璃真空管的構(gòu)造由內(nèi)玻璃管、太陽(yáng)能選擇性吸收涂層、真空夾層、罩玻璃管、支承件（彈簧卡子）、吸氣劑等部分組成。太陽(yáng)能熱水器真空管在受熱后，原來(lái)被吸附在管壁上的微量氣體（主要是水蒸氣）會(huì)釋放出來(lái)，影響真空度，吸氣劑和吸氣膜就是用來(lái)吸收這些被釋放出來(lái)的氣體，以保持集熱管內(nèi)的高真空。太陽(yáng)能熱水器有好多種類(lèi)，從集熱部分來(lái)分太陽(yáng)能熱水器分為：玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器和平板型太陽(yáng)能熱水器。從結(jié)構(gòu)來(lái)分太陽(yáng)能熱水器分為：緊湊式太陽(yáng)能熱水器和分體式熱水器。從水箱受壓來(lái)分它又分為：承壓式太陽(yáng)能熱水器和非承壓式太陽(yáng)能熱水器。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器開(kāi)發(fā)利用始于二十世紀(jì)五、六十年代的悶曬式，到了七、八十年代發(fā)展為平板式及直管式。目前已開(kāi)發(fā)的第三代是真空管式太陽(yáng)能集熱水器，經(jīng)過(guò)七五”期間的科技攻關(guān)，清華大學(xué)在國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出具有世界先進(jìn)水平的兩種真空管式太陽(yáng)能集熱器：即全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器和熱管式真空集熱器，它運(yùn)用優(yōu)良的陽(yáng)光選擇性吸收膜層及高真空保溫技術(shù)，具有單向?qū)嵝阅芗?、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)不斷更新改造，具防凍、防冰雹及保溫性能都得到進(jìn)一步改善。另外為了解決陰雨天不能使用太陽(yáng)能的難題，上述產(chǎn)品還配套管