032-平板型太阳能集热器性能的研究分析.pdfVIP

平板型太阳能集热器性能研究分析 冯夫顺 1 田彦法1 回晓洋2 顾中杰 3 山东华科规划建筑设计有限公司 2.山东省科学院生态研究所 3.山东正信安全评价有限责任公司 摘 要：平板太阳能集热器构件材料和安装角度是影响集热器的集热效率的关键。研究 通过改善透明盖板的性能和确定一种合理计算最佳倾角的简便方法来提高集热效率的方法。 在理论的基础上，通过集热器的数学模型，比较了不同盖板对集热参数和效率的影响。根据 前人总结的最佳倾角的公式，再结合地区的气象参数，比较精确地确定了安装角度的便捷公 式。 关键词：平板太阳集热器; 透明盖板; 集热效率; 最佳倾角 引言 平板型太阳集热器是太阳集热器中一种最基本的类型， 目前在我国约占市场份额的 30%左右 [2] 。平板型太阳集热器结构简单、运行可靠、成本低廉，与真空管集热器相比它还 具有承压能力强、吸热面积大等特点，是太阳能与建筑结合最佳选择的集热器类型之一。 为了提高太阳集热器的效率，唯一有效的办法是：一是，保持最大限度地采集太阳能， 即确定一个最佳的安装角度；二是，尽可能减小其对流和辐射热损失，即采用优质选择性吸 收涂层材料和高透过率盖板材料。本文从平板型集热器盖板和安装倾角度选择这两方面来说 明和确定太阳能集热器的效率，满足集热器的高性能。 1 平板型集热器的构造与原理 图 1 平板集热器构造示意图 平板型集热器主要部件包括吸热部件（包括吸收表面和载热介质流道）、透明盖板、隔 热保温材料和外壳等几部分。太阳辐射透过透明盖板投射在吸收表面上，光能被转换为热能， 以热量形式传递给吸热板内的传热工质，是传热工质温度升高；同时温度升高的吸热板不可 避免的以传导、对流、辐射等方式向四周散热，形成集热器热量损失。由于平板型结构不具 1 冯夫顺：男，1988.11；硕士研究生（山东建筑大学）、工程师、聊城市光岳南路8 号 fengfs@ 备聚焦阳光的功能，其工作温度一般限于 100℃一下。 2 平板型集热器盖板形式对集热器效率的影响 透明盖板是让太阳辐射透过，抑制吸热表面反射损失和对流损失，形成温室效应的主要 部件。透明盖板还具有防止灰尘、雨雪损坏吸热体的作用。常用的透明盖板有普通平板玻璃、 钢化玻璃、玻璃钢或者透明的纤维板。 对于不同的盖板形式，对集热器的影响，通过集热效率体现出来。 由Hottel-whillier 稳态传热模型 [4] ，得到集热器的热效率方程为： 公式（1） 式中， ——太阳能集热器效率； F——集热器转移因子； ——透明盖板—吸热板系统中透明盖板的的有效透过率与吸热板对太阳辐射的吸 收率的乘积； ——集热器的热损失系数（W/㎡.℃）； ——吸热板温度（℃）； ——环境温度（℃）； 假定 F 、 和 U 可以独立测定或是给定常数，从上式可以看出，平板太阳能集热器效率 是单变量 的一次函数，其图像也是一条直线。通过这些数据可以近似确定集热器 的热性能效率。 表 1 选用不同盖板类型参数 参数 无盖板 一层盖板 两层盖板 F 1 1 1 ατ 1 0.9 0.8 U(W/m2 ·℃) 3.22 2.33 1.63 经过计算，结果如图 2 所示，从图中可以看出，不同盖板类型，对集热器效率的影响差 异是很大的，特别是无盖板类型平板集热器对环境的适应性最小，随着 的变换，减小的 最迅速。因此现在无盖板类型的集热器使用的很少。