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太阳集热器的分析与选用 北京市新能源与可再生能源协会 2008-07-28 罗运俊 太阳集热器是太阳热水器吸收和获得太阳能量的关键部件，其制造成本约占太阳热水器的一半，因此太阳集热器技术的发展，在很大程度上决定着太阳热水器的未来走向和应用前景。 国内外集热器技术应用现状 1、国际上太阳集热器技术的应用现状 由于平板太阳集热器在获得生活热水时，具有较好的热性能，同时具有长寿命和较少的维修工作量，因此平板太阳集热器产品一直占有85-90%的市场份额；由于平板集热器耐压性能的优异，绝大多数太阳热水系统工程采用耐压系统，这种系统给用户提供了淋浴的舒适感；在天气寒冷的北欧等地区，为了防冻和抗冻，大多数热水工程采用了防冻介质进行双回路二次（间接）循环。 2、我国太阳集热器技术的应用现状 由于全玻璃真空管的规模化生产，基本形成了产品的标准化、社会化、系列化和营销体系的渠道化，使真空管集热器占有85%以上的市场份额。由于我国属发展中国家，而非承压（常压）太阳热水系统价位要比承压系统低得多，以它为主推广应用比较适合国情。为了防冻抗冻我国北方大多数太阳热水工程采用比较低的排空回流系统，而不采用双回路二次循环。 集热器效率曲线的分析 根据国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）提供的检测结果，平板集热器的平均效率曲线截距η0=0.78-0.81，热损UL=3.54-4.03w/m2·k，真空管集热器的平均效率曲线截距η0=0.53-0.61，热损UL=0.53-0.61w/m2·k，如果将这两种集热器的效率曲线检测结果画成曲线，如图1所示。 图1 集热器效率曲线 从两条效率曲线可以看出，如果热水温度（目前绝大多数适用领域均为洗浴，其水温要求40-60℃已足够）不高，此时平板集热器可获得较高的效率，若热水温度大于60℃，则真空管集热器可以获得较高的效率，这也是说明真空管集热器在中温100-200℃应用和高温（200℃以上）应用具有广阔的发展前景。 集热器接受阳光的有效面积 集热器在总面积相同的情况下接受阳光的有效面积大小，直接影响太阳热水系统获得热量的多少。 （1）平板集热器总外框面积为2m2，外形尺寸为1000×2000mm，集热器厚度一般为70-120mm，高A=2000mm、宽B=1000mm、压条宽C=25mm、集管d1=25mm/23m、集管d2=10mm/9mm、管间距（T管）H=118mm，其集热器的有效吸热面积： S1=（1000-50）×（2000-50）=1.825×106mm2=1.825m2占集热器总面积的91.25%。 （2）真空管集热器总面积同样为2m2（外形尺寸为2430×823mm），其横向（东西向）集热器结构。高B=823mm、宽A=2430mm、管（22根）间距H=75mm、联箱尺寸为C=120×120mm、尾座尺寸为d=60×60mm、真空管尺寸为φ47/37mm，其横向真空管集热器的有效吸热面积： S2=（1/2×2430-120）×内管d×管数22=1.095×0.037×22=0.891m2≈0.9m2约占总面积的45%。 （3）竖向（南北向）集热器，集热器总面积为2m2（外形尺寸为1300×1540mm） 高B=1540mm、宽A=1300mm、管（17根）间距H=75mm、联箱尺寸为C=120×120mm尾座尺寸为d=60×60mm、真空管尺寸为φ47/37mm。将上述三种集热器计算结果，如表1所示。 表1 三种集热器有效吸热面积比较 ? 类型 总面积 结构外形 有效吸热面积 有效吸热面积占总面积的% 平板集热器 ?2 ?2000 ×1000 ?1.825 ?91.25 ?横向真空管集热器 ?2 ?2430 ×823 ?0.891 ?45.0 ?竖向真空管集热器 ?2 ?1300 ×1540 ?0.855 ?43.0 ? 集热器内存无效热水量的计算 太阳集热器所获得的热水一般通过循环系统存入水箱之中。根据国家有关标准。经过一天运行，水箱中放出来的热水量为有效热水量，而存于集热器内的热水量为无效热水量，不计入热水系统的效率。因此集热器内所存的热水量越多，则影响系统效率就越大。 上述三种集热器内存热水量的计算结果，如表2所示。 表2 三种集热器内存热水量比较 ? 类型 总面积 结构外形 有效吸热面积 有效吸热面积占总面积的% 平板集热器 ?2 ?2000 ×1000 ?1.68 1.2 ?横向真空管集热器 ?2 ?2430 ×823 ?23.56 16.8 ?竖向真空管集热器 ?2 ?1300 ×1540 ?24.70 ?43.0 ? 假定2m2集热器在北京地区按日产热水量为2m2×70kg/m2·日=140kg为热水器的热水量。 集热器的承压性能 1、平板集热器其承压性能主要取决于集管、排管的管