幾種真空管太陽能集熱器與建筑結(jié)合的應用
發(fā)布時間：2023-10-12 點擊量：587
向住宅建筑提供生活熱水，是衡量人們生活水平和社會文明程度的重要標志。十多年來，我國在太陽能熱水器的研制開發(fā)、推廣應用方面取得了長足的發(fā)展，為提高我國人民生活水平起到了重要作用。迄今為止，我國已經(jīng)成為世界上生產(chǎn)和使用太陽能熱水器最多的國家。然而，太陽能熱水器的安裝現(xiàn)狀卻不盡人意，由于多數(shù)熱水器屬于“事后安裝”又品種規(guī)格各異，因此造成雜亂無章的無序狀態(tài)，極大地影響了原建筑的整體外觀形象，甚至會影響到整個城市的建筑風貌。這一問題如果得不到很好的解決，勢必會影響到太陽能熱水器的普及和推廣。許多發(fā)達國家在這方面已經(jīng)做了許多有益的探索和嘗試，使太陽能技術的應用與建筑設計得到了巧妙而有機地結(jié)合，不少成功的經(jīng)驗將給我們的工作帶來很好的啟發(fā)和借鑒。
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2真空管集熱器產(chǎn)品按照吸熱體材料的種類，真空管集熱器可分為金吸熱體真空管集熱器和玻璃吸熱體真空管集熱器兩大類。前者因為具有承壓能力強和耐熱沖擊性能好的優(yōu)點，這對于大多數(shù)主動太陽能系統(tǒng)來說是非常必要的。現(xiàn)將幾種金屬吸熱體的真空管集熱管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹如下：2.1熱管式真空管集熱管（SEIDOl和SEE丨DOS）熱管式真空管的外形尺寸較大，外徑為1mm，長度為2000mm.SEIDOl真空管主要由熱管、吸熱板、玻璃管、金屬端蓋和消氣劑等組成，如所熱管式真空管（SEIDOl）結(jié)構(gòu)示意冷凝段>2金屬端蓋；3玻璃管> 4吸熱板》5蒸發(fā)段；6消氣劑作為高效傳熱元件的銅-水熱管由蒸發(fā)段和冷凝段組成。蒸發(fā)段跟吸熱板緊密連接。眾所周知的“太陽條”用作吸熱板，其表面磁控濺射鋁-氮-氧選擇性吸收涂層，太陽吸收比大于。93，熱發(fā)射率小于0.08.先進的熱壓封技術應用于玻璃-金屬之間的封接，玻璃管采用高強度的硼硅玻璃，其太陽透射陽能新技術比大于0.90.除了上面提到的承壓能力強和耐熱沖擊性能好這兩個共同的優(yōu)點之外，SEIDOl還具有許多其他的特點。例如：耐冷凍，因為使用了特制的抗凍型熱管；啟動快，因為熱管內(nèi)工質(zhì)的熱容量很??；熱損小，因為熱管具有“熱二極管效應”等等。
熱管式真空管集熱器由真空管、集管和保溫盒等部件組成，如所示。
熱管式真空管集熱器結(jié)構(gòu)示意圖吸熱板吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱。熱管蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)受熱后汽化。蒸汽上升到冷凝段，在冷凝段較冷的表面上凝結(jié)，釋放出蒸發(fā)潛熱。液態(tài)工質(zhì)依靠其自身的重力流回到蒸發(fā)段，然后重復上述過程。其結(jié)果是，許多根真空管連續(xù)不斷的將太陽輻射轉(zhuǎn)換成熱并傳遞給集管內(nèi)的加熱回路。此處，由于采用了“干性連續(xù)”方法，真空管與加熱回路之間是不相通的。這就意味著，在必要的時候，每根真空管都可方便地進行更換而不必中斷系統(tǒng)的運行，也不會產(chǎn)生漏水問題。
為要在一天內(nèi)得到更多的太陽輻射，一種帶有半圓柱吸熱板的熱管式真空管（SEID05）已經(jīng)研制成功并投入批量生產(chǎn)。除了用彎曲吸熱板代替平面吸熱板之外，SEID05真空管及其集熱器在結(jié)構(gòu)上跟SEIDOl是相似的，所以SEID05集熱器具有SEIDOl相同的優(yōu)點和特點。理論計算和測試結(jié)果都已表明，半圓柱吸熱板比平面吸熱板的能量收益提高10%14%.SEID05真空管集熱器尤其適合于那些已確定了熱需求量但安裝面積受到限制的用戶。
2.2直流式真空管集熱器（SEID02）直流式真空管（SEID02）無論在結(jié)構(gòu)上還是在外觀上都跟熱管式真空管（SEIDOl）非常相似，只是前者用同心套管代替了后者的熱管。SEID02真空管主要由管、外套管、吸熱板、玻璃管、金屬管、金屬端蓋和消氣劑等組成，如所示。
直流式真空管集熱器結(jié)構(gòu)示意圖熱流體借助于循環(huán)泵進人真空管的內(nèi)插管，再流經(jīng)外套管回到加熱回路，期間直接帶走吸熱板上的熱量，故而直流式真空管集熱器具有卓越的熱性能。SEID02的最重要的特性就是可以水平安裝在樓房的平屋頂上或者立墻面上，如所示。在這種情況下，真空管連同吸熱板可以繞軸旋轉(zhuǎn)，使吸熱板以其最佳的位置而向太陽。
2.3儲熱式真空管集熱器（SEID03）儲熱式真空管集熱器將太陽能集熱器和貯水箱有機地結(jié)合在一起。SEID03真空管主要由吸熱體、玻璃管、金屬端蓋和消氣劑等組成，如所示。
儲熱式真空管集熱器由真空管、內(nèi)插管、聯(lián)集管和保溫盒等部件組成，如所示。
由不銹鋼制成、表面覆蓋選擇性涂層的吸熱體吸收太陽輻射，并將其轉(zhuǎn)換成熱。熱水在集熱器內(nèi)直接產(chǎn)生，因而系統(tǒng)不需要任何附加的外部貯水箱。
當需要取熱水時，打開自來水閥門，冷水就先后進人聯(lián)集管和內(nèi)插管，并將熱水相繼頂出吸熱體和聯(lián)集于采暖和空調(diào)。
3.1太陽能熱水太陽能熱水系統(tǒng)通常都采用強制循環(huán)。系統(tǒng)包括真空管集熱器組、貯水箱、循環(huán)泵、光敏傳感器、控制器和管道等。真空管集熱器吸收太陽輻射，并加熱集管內(nèi)的傳熱流體。一旦太陽輻射足夠強（超過某一閥值），光敏傳感器就向控制器給出一個信號，從而啟動循環(huán)泵，將傳熱流體送回貯水箱。貯水箱內(nèi)的水通過熱交換器逐步被加熱。在白天，水溫越來越高，最終達到某一設定的溫度值。如太陽輻射降低到閥值以下，則循環(huán)泵就會停轉(zhuǎn)，此時貯水箱內(nèi)的電加熱器也會自動接通，水就由電能加熱到設定的溫度值。
太陽能采暖系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)中的一種。
實際上，采暖系統(tǒng)經(jīng)常與熱水系統(tǒng)聯(lián)合使用。在此情況下，太陽能系統(tǒng)需要有較大的吸熱體面積。
由于熱管式真空管集熱器和直流式真空管集熱器在較篼運行溫度下都具有卓越的熱性能，因而可用于太陽能吸收式空調(diào)。
作為中國科學技術部支持的一個國家科技攻關項目，一套太陽能空調(diào)及供熱綜合示范系統(tǒng)已在山東省乳山市建成。系統(tǒng)由熱管式真空管集熱器組（SEID05）、溴化鋰吸收式制冷機、冷卻塔、貯水箱、循環(huán)泵、風機盤管、輔助燃油鍋爐和控制系統(tǒng)等組成。太陽能空調(diào)系統(tǒng)的制冷功率為lkW，采用2 048支真空管，總采光面積為512m2.真空管集熱器的運行溫度為88°C左右。該系統(tǒng)除了在夏天用于空調(diào)之外，還可在冬天用于采暖，在其他季節(jié)用于供應熱水。
3真空管集熱器的應用所有上述真空管集熱器都已在中國及歐洲和亞洲國家得到了成功的應用。一大批太陽能熱水系統(tǒng)已安裝在工廠、學校、商店、研究所和其他單位。不同類型的家用太陽能熱水器已安裝在市區(qū)和郊區(qū)的住宅。另外，這些真空管集熱器也已在一些國家用4結(jié)論熱水、采暖和空調(diào)都是建筑能耗的重要部分。
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