第四講太陽(yáng)集熱器第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五太陽(yáng)能集熱器工作原理圖第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

太陽(yáng)能集熱器按是否聚光這一主要特征可以分為非聚光集熱器和聚光集熱器兩大類。按流動(dòng)工質(zhì)分為液體集熱器和空氣集熱器太陽(yáng)能集熱器的分類12非聚光集熱器：照射到采光面的太陽(yáng)輻射不改變方向，也不集中射到吸熱體上的太陽(yáng)集熱器聚光集熱器通常有特殊的鏡發(fā)射器或折射器（聚光器）能將陽(yáng)光會(huì)聚在面積較小的吸熱面上，以提高吸收器上的能流密度，從而獲得較高溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽(yáng)（跟蹤系統(tǒng)）。主要應(yīng)用于太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電。第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3按照集熱器的工作溫度范圍，太陽(yáng)集熱器可分為三大類型（1）低溫型集熱器低溫集熱器是工作溫度在100℃以下的太陽(yáng)集熱器（2）中溫集熱器中溫集熱器是工作溫度在100℃～200℃的太陽(yáng)集熱器（3)高溫集熱器高溫集熱器是工作溫度在200℃以上的太陽(yáng)集熱器第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

平板集熱器是太陽(yáng)能低溫?zé)崂玫幕静考欠蔷酃忸惣療崞髦凶詈?jiǎn)單且應(yīng)用最廣的集熱器。與聚光型集熱器相比具有下列特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要跟蹤；（2）工作可靠，成本較低；（3）可同時(shí)接收直射輻射和散射輻射；（4）熱流密度較低，工質(zhì)溫度較低，運(yùn)行安全。

平板型太陽(yáng)集熱器的應(yīng)用范圍：（1）為生活及服務(wù)業(yè)提供熱水；（2）用于采暖空調(diào)及制冷（目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多處利用太陽(yáng)集熱器加上熱泵進(jìn)行采暖、空調(diào)和制冷的示范工程，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯）；（3）為地下工程除濕、加溫；（4）提供工業(yè)用熱水，如鍋爐補(bǔ)水的預(yù)熱，食品加工業(yè)、制革、繅絲、印染、膠卷沖洗等用熱水；（5）為各種養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)提供低溫?zé)崴?。第五?yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五平板型太陽(yáng)集熱器結(jié)構(gòu)平板型集熱器結(jié)構(gòu)示意圖

平板型太陽(yáng)集熱器一般由吸熱體、蓋板、保溫層和外殼4部分組成。如圖所示。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五平板型集熱器結(jié)構(gòu)示意圖第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五五星家用平板太陽(yáng)能熱水器TPC－4.0第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（一）吸熱板

吸熱板是吸收太陽(yáng)輻射能量并向水傳遞熱量的關(guān)鍵部件。（1）對(duì)吸熱板的技術(shù)要求太陽(yáng)吸收比高?？梢宰畲笙薅鹊匚仗?yáng)輻射能熱傳遞性能好?？梢宰畲笙薅鹊貍鬟f給傳熱工質(zhì)與傳熱工質(zhì)的相容性好。具有一定的承壓能力。加工工藝簡(jiǎn)單，成本合理。便于大批量生產(chǎn)及推廣應(yīng)用第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）吸熱板的主要結(jié)構(gòu)型式管板式將排管與平板以一定的結(jié)合方式連接構(gòu)成吸熱條帶，主要有銅鋁復(fù)合吸熱板（最先從國(guó)外引進(jìn)）和全銅管板吸熱板（我國(guó)）主要特點(diǎn)：a.熱效率高，銅材、無(wú)結(jié)合熱阻b.水質(zhì)清潔，水＋銅（無(wú)腐蝕）c.耐壓能力強(qiáng)，高壓空氣吹脹成型第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五管翼式即帶翅片的管，利用模子擠壓拉伸工藝制成金屬管兩側(cè)連有翼片的吸熱條帶。以鋁合金吸熱板為多主要特點(diǎn)：熱效率高，鋁材、無(wú)結(jié)合熱阻耐壓能力強(qiáng)，鋁合金可以承受高壓水質(zhì)不易保證，水對(duì)鋁合金有腐蝕動(dòng)態(tài)特性差，吸熱板有較大的熱容量第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五扁盒式將兩塊金屬板分別模壓成型，然后再焊接成一體構(gòu)成吸熱板主要材料有鋁合金或不銹鋼以及鍍鋅鋼等主要特點(diǎn)：熱效率高，無(wú)結(jié)合熱阻不需要焊接集管，一次模壓成型焊接工藝難度大，焊接穿透和焊接不牢耐壓能力差，焊點(diǎn)不能承受高壓動(dòng)態(tài)特性差，吸熱板有較大的熱容量水質(zhì)不易保證，水對(duì)鋁合金有腐蝕第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五盤管式（蛇管式）將金屬管彎曲成蛇形，然后再與平板焊接構(gòu)成吸熱板，一般采用銅板（高頻焊接和超聲焊接）現(xiàn)在已很少使用主要特點(diǎn)：不需要另外焊接集管，減少泄漏的可能性熱效率高水質(zhì)清潔流動(dòng)阻力大，流體通道不是并聯(lián)而是串聯(lián)焊接難度大，焊縫不是直線而是曲線第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五吸熱板的幾種結(jié)構(gòu)形式第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五吸熱板上的涂層吸熱板上覆蓋一層深色的涂層（太陽(yáng)能吸收涂層）非選擇性吸收涂層：光學(xué)特性與輻射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的吸收涂層。（普通黑板漆）選擇性吸收涂層：光學(xué)特性隨輻射波長(zhǎng)不同有顯著變化。高的太陽(yáng)吸收比＋低的發(fā)射率太陽(yáng)6000K，0.3～2um（波長(zhǎng)）——吸收吸熱體400K，2～30um（波長(zhǎng)）——發(fā)射第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

吸熱涂層的性能直接影響吸熱板的熱性能。涂層分為選擇性和非選擇性2種。普通黑板漆是一種非選擇性涂料，其太陽(yáng)吸收率與長(zhǎng)波發(fā)射率相等，它可用于低溫集熱器。對(duì)于中高溫集熱溫度（集熱溫度大于環(huán)境溫度30℃以上）的集熱器應(yīng)采用選擇性涂料。北京生產(chǎn)的TXT太陽(yáng)能涂料對(duì)太陽(yáng)能涂料的技術(shù)要求：有較高的選擇性能，即；附著力強(qiáng)，不起皮；耐候性好。

目前，還沒(méi)有一種較理想的太陽(yáng)能涂料被集熱器生產(chǎn)廠家所接受。第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）透明面蓋

蓋板的作用是讓太陽(yáng)可見(jiàn)光透過(guò)（0.3－3μm)而不讓吸熱板產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線透過(guò)(長(zhǎng)波輻射3.0μm以上），使集熱器內(nèi)獲得較高的溫升，這種作用也稱之為溫室效應(yīng)。

蓋板的技術(shù)要求：（1）具有高全光（太陽(yáng)）透過(guò)率；（2）紅外透射比低；（3）有較高的耐沖擊強(qiáng)度；（4）有良好的耐候性；（適應(yīng)各種氣候條件）（5）導(dǎo)熱系數(shù)小，隔熱性能好；（6）便于加工。

第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五蓋板的材料

有玻璃、抗老化透明玻璃鋼、抗老化透明塑料板等。常用的蓋板以普通玻璃為多。出口或高檔產(chǎn)品都使用鋼化玻璃蓋板。在北方使用的集熱器采用雙層蓋板時(shí)，一般采用玻璃加聚碳酸酯薄膜。蓋板的層數(shù)由使用地區(qū)氣候條件和工作溫度而定，一般為單層，只有在氣溫較低或工作溫度較高的工況才采用雙層蓋板。有條件時(shí)使用透明蜂窩材料，效果非常好。蓋板與吸熱板的距離應(yīng)考慮大于25mm。距離太小會(huì)降低集熱效率。第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）保溫層

保溫層的作用是減少集熱器向環(huán)境散熱，以提高集熱器的工作效率。保溫層的技術(shù)要求是：（1）保溫性好，即材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，一般要求0.55W/m2.℃；（2）不易變形或揮發(fā)，不產(chǎn)生有毒氣體，不吸水。保溫層的材料有巖棉、礦棉、聚苯乙烯、硅酸鋁纖維、聚氨酯發(fā)泡塑料等。保溫層的厚度一般控制在15－30mm，也可用下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算：式中——保溫材料在100℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.K)。第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（四）外殼（箱體）

外殼的作用是將吸熱板、蓋板、保溫層的材料組成一個(gè)整體，便于安裝。外殼的技術(shù)要求：有一定的強(qiáng)度和剛度，耐候性好，易加工以及外表美觀。外殼的材料有鋼板、彩鋼板、鋁型材、不銹鋼板、塑料和玻璃鋼等。第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五平板集熱器的性能參數(shù)（一）基本能量平衡方程在單位時(shí)間內(nèi)，集熱器吸收的太陽(yáng)輻射能等于同一時(shí)間內(nèi)集熱器損失的能量、集熱器輸出的有用的能量和集熱器本身熱容變化量之和。平板集熱器能量平衡示意圖第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五該能量平衡關(guān)系可以用數(shù)學(xué)方程表示：第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）平板型太陽(yáng)集熱器的瞬時(shí)效率

平板集熱器工質(zhì)所獲得的有用能量與入射到集熱器上的太陽(yáng)總輻射之比稱為該集熱器的瞬時(shí)效率。第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五幾種太陽(yáng)集熱器的瞬時(shí)效率曲線

圖中繪出了6種不同材料、結(jié)構(gòu)的集熱器的效率曲線，可以根據(jù)使用地區(qū)的氣溫、使用季節(jié)和用水溫度等情況來(lái)選擇集熱器的狀態(tài)。第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五真空管集熱器就平板型太陽(yáng)集熱器而言：傳導(dǎo)熱損是由底部和側(cè)面隔熱層通過(guò)導(dǎo)熱換熱向環(huán)境散熱；對(duì)流熱損失是由吸熱板與透明蓋板之間的空氣通過(guò)對(duì)流換熱向環(huán)境散失；輻射熱損是由吸熱板與透明蓋板之間以及透明蓋板與天空之間通過(guò)輻射換熱而向環(huán)境散熱。將吸熱板與透明蓋層之間的空間抽成真空的太陽(yáng)集熱器。

兩個(gè)困難：（1）1m2的透明蓋板上將有100Kg左右的壓力；（2）氣密性達(dá)不到要求第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五全玻璃真空集熱管人們研制出內(nèi)管與外管間抽真空的全玻璃真空管吸收真空管運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣體，保持管內(nèi)真空度Al-N/Al(鋁氮鋁）選擇性吸收涂層第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五它是將單根真空管裝配在復(fù)合拋物面反射鏡的底面，兼有平板和固定式聚光的特點(diǎn)，它能吸收太陽(yáng)光的直射和80%的散射。

真空管集熱器真空管式太陽(yáng)能熱水器外觀圖第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五金屬吸熱體真空管集熱器吸熱體由金屬材料組成的真空管集熱器，有時(shí)也稱為金屬—玻璃真空管集熱器。最具代表性的是熱管式真空管集熱器。

一般說(shuō)來(lái)，熱管真空管集熱器主要分為單玻璃集熱管雙玻璃集熱管蒸發(fā)段＋冷凝段蒸發(fā)段：工質(zhì)吸熱蒸發(fā)冷凝段：工質(zhì)冷凝放熱毛細(xì)作用力＋自身重力蒸汽壓力第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

熱管單玻璃集熱器是帶有平板鍍膜肋片的熱管。熱管的蒸發(fā)端封接在單層真空玻璃管內(nèi)，其冷凝端插入導(dǎo)熱塊或直接插入水箱里，冷凝端將所獲得的熱能傳給水箱中的水。熱管單玻璃集熱器結(jié)構(gòu)示意圖第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

熱管雙玻璃真空集熱器是由清華大學(xué)索蘭環(huán)能技術(shù)研究所研制的。該集熱管的蒸發(fā)端以緊配合方式插入雙玻璃真空集熱管內(nèi)的彈性金屬肋片中，冷凝端通過(guò)硅膠圈插入水箱中。熱管雙玻璃集熱器結(jié)構(gòu)示意圖第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五其他型式金屬吸熱體真空管集熱器主要包括：同心套管式、U形管式、儲(chǔ)熱式、內(nèi)聚光式和直通式等。（1）同心套管式真空管集熱器同心套管、金屬吸熱板、玻璃管等組成太陽(yáng)光穿過(guò)玻璃管，投射在吸熱板上，吸熱板吸收太陽(yáng)輻射能并將其轉(zhuǎn)換為熱能，傳熱介質(zhì)（通常是水）從內(nèi)管進(jìn)入真空管，被吸熱板加熱后，通過(guò)外管流出第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）U形管式真空管集熱器主要由U型管、金屬吸熱板、玻璃管等組成工作原理類似于同心套管第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）儲(chǔ)熱式真空管集熱器主要由吸熱管、內(nèi)插管、玻璃管等幾部分組成，吸熱管內(nèi)儲(chǔ)存水，外表面有選擇性吸收涂層，白天，太陽(yáng)輻射能被吸熱管轉(zhuǎn)換為熱能，直接用于加熱吸熱管內(nèi)的水，使用時(shí)，冷水通過(guò)內(nèi)插管漸漸注入，同時(shí)將熱水從吸熱管頂出，晚上，由于真空夾層隔熱，吸熱管內(nèi)的熱水降溫很慢。最大特點(diǎn)：不需要另設(shè)水箱第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（4）內(nèi)聚光真空管集熱器主要由吸熱體、復(fù)合拋物聚光鏡（CPC）、玻璃管等組成。吸熱體通常是熱管平行的太陽(yáng)光無(wú)論從什么方向穿過(guò)玻璃管，都會(huì)被CPC反射到位于其焦線處的吸熱體上特點(diǎn)：a.運(yùn)行溫度高（100～150℃）b.不需要跟蹤系統(tǒng)第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（5）直通式真空集熱器直通式通常跟拋物柱面聚光鏡配套使用，組成聚光型太陽(yáng)集熱器。特點(diǎn)：運(yùn)行溫度高，拋物面聚光鏡的開(kāi)口可以做得很大，使得集熱器的聚光比很高，溫度可