采用玻璃管蜂窝盖板的太阳能空气集热器的性能研究 - 中国科学.pdfVIP

中国科学 E 辑 : 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 5 期 : 781 ~ 789 SCIENCE IN CHINA PRESS 采用玻璃管蜂窝盖板的太阳能 空气集热器的性能研究 * 张志强, 左然 , 李平, 苏文佳 江苏大学能源与动力工程学院, 镇江 212013 * 联系人, E-mail: rzuo@ 收稿日期: 2007-08-18; 接受日期: 2007-11-26 江苏大学新能源实验室建设基金资助项目 摘要 设计制作了以薄壁玻璃管为蜂窝单元的透明蜂窝盖板, 应用于 关键词 平板型太阳能空气集热器. 针对 6 种不同尺寸的蜂窝结构太阳能集热器 太阳能空气集热器 进行试验研究, 重点研究在小高宽比(L/D3)下, 蜂窝的孔径、高宽比等 透明蜂窝结构 因素对阳光透过率和集热效率的影响. 试验结果显示: 当蜂窝直径相同, 透光率 集热效率 高宽比不同时, 集热器出口温度相差较大, 高宽比小的温度高, 最大温 差约为10℃. 当蜂窝直径不同, 高宽比相同时, 集热器出口温度相差不 大. 有蜂窝与无蜂窝, 最大温差约为12℃. 通过对玻璃管蜂窝单元的分 析, 推导出蜂窝结构透过率的理论关系式, 发现光线在蜂窝内的透过率 只取决于蜂窝的高宽比L/D 以及材料的透光性质, 而与具体的尺寸无关. 从而从理论上说明了集热器效率与蜂窝高宽比的关系. 太阳能空气集热器是太阳能在建筑采暖和空调、农产品干燥、海水淡化等领域应用的关 键部件, 其面临的主要问题是如何进一步提高它的集热效率. 在太阳能空气集热器中, 80% 以 上的热损失是经过透明盖板流失的. 因此, 通过采用带有蜂窝结构的透明盖板来减少集热器 的热损失, 提高集热效率, 一直受到人们的关注 [1~3]. 蜂窝结构可以抑制自然对流, 减少吸热 板的红外辐射散热 [4]. 研究表明, 当蜂窝横截面的当量直径小于 10 mm, 蜂窝的高宽比大于 6 时, 可以完全抑制自然对流 [5]. 但透明蜂窝制作困难, 价格偏高, 因而限制了其推广应用. 正 如前国际太阳能学会主席Hollands等人 [6]所指出: 制备价廉、性能较好、可规模化生产的透明 蜂窝是该领域急需解决的关键问题. 迄今为止, 国内外对太阳能集热器透明蜂窝的研究大都围绕大高宽比的蜂窝抑制对流的 效应 [1, 5, 6], 关于蜂窝结构降低太阳光线透过率的问题则少有研究. 实际上, 蜂窝结构一方面 781 张志强等: 采用玻璃管蜂窝盖板的太阳能空气集热器的性能研究 可以抑制自然对流和减少红外辐射损失, 另一方面又对太阳光线具有阻挡作用, 从而减少了 进入集热器的太阳辐射能. 通常集热器都是固定放置, 阳光垂直入射的时间很短, 因而大高宽 比蜂窝对太阳光线透过率的影响相当严重. 另外, 在蜂窝当量直径相同时, 大高宽比使得盖板 的厚度增加, 集热器的体积增大. 在相同高度下, 蜂窝的高宽比越大, 当量直径就越小, 对太 阳辐射的阻挡作用就越强, 单位面积蜂窝结构所用材料也越多. 作者设计制作了以薄