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平板集热器的分类及其特点

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       平板集热器的种类较多,其基本结构主要透明盖板、吸热板、保温壳体和保护外壳四部分组成。吸热板是重要的部件,一般选用铜、铝合金、铜铝复合材料、不锈钢、镀锌钢板等材料。吸热板基本上是平板,但可以加工成穿孔、瓦楞状、散热片状或波纹状。吸热板吸收太阳能后升温,然后将热传递给它上面移动的或通过它里面的流体。一个平板集热器的吸热板面积大致与截取辐射能表面相等。大多数平板集热器是固定的。它们既可以接收直接辐射能,也可以接收散射辐射能。这样即使在全阴天的情况下,全部太阳能辐射是漫射时,平板集热器也可以产生少量热量。

 

        一般情况下为降低吸热板表面的反射率,常常在其表面涂覆黑色涂层,温度要求不高的场合可以选择用黑板漆、沥青、烟灰等非选择性涂层材料以降低成本。温度较高的使用场合要采用对短波辐射具有较高吸收率而对长波的发射率较低的选择性涂层材料。太阳辐射透过透明盖板,其光能转化为热能被吸热板吸收,集热器内的传热工质直接或间接将热量带走。为了减少系统对外界散热,要选用厚度合适的保温材料,一般情况下保温层的厚度设为30~50mm。

 

       平板集热器内的传热工质可以是液体(水或防冻液),用集热器直接或间接产生生活热水,或者采用制冷剂作为运行工质通过热泵循环间接产生热水。也可以空气为传热工质产生热空气,用于建筑供暖、干燥作业等领域。

 

       相比较而言,以空气作为传热介质,其热物性特征与水有很大区别,主要表现在:1、空气的比容很大,在常温常压下约为水的一千倍,且随温度和压强的变化而变化;2、空气热容量比较小,约为水的1/4,因而气流温度易受辐射表面的影响而波动;3、气流与换热表面接触时,其对流换热系数比较低,在强制流动时,约在125.4kj/(平方米.小时.摄氏度)以下,是水流的1/30左右;4、空气热导率低,公为水的1/20~1/25。

 

       以空气为传热工质的集热器同时具有一些明显的优点:1、工作温度范围广,在冬季没有结冰的问题;2、不会腐蚀集热器和管路;3、空气系统无承压的要求,即使有少量泄漏,对系统的运行和效率也不会产生较大的影响;4、成本较低;5、空气集热器的时间常数小,反应快,受到日照很快就能得到热空气;6、太阳能空气系统提供的热空气可直接用于谷物和经济作物的干燥;7、作为建筑供暖用的太阳能空气系统,只要增添一个换热器,在非供暖期也可以提供生活热水。

 

        通常的太阳能空气加热系统有两种不同的方式:一是利用太阳能空气集热器,以空气为载热工质,直接吸收太阳能;二是使用太阳能热水器,通过水-气换热加热空气。前者直接利用,热效率高,但工作温度易受太阳辐射变化的影响,波性性较大;后者二次转换系统热效率较低,成本较高,但可利用蓄热水箱贮存热水,系统温度比较稳定。实际干燥作业,比较多地采用空气集热器直接加热的方式。为解决供热温度波动问题,可采用各种不同的蓄热措施,目前使用较多的为卵石蓄热装置。

 

       总体来说,平板集热器使用安全可靠、结构简单、成本较低;但集热温度较低,吸热体和透明盖板之间存在较多对流散热,多用于低温系统。