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平板太阳能热水器集热系统及真空管分析


平板太阳能热水器集热系统及真空管分析



三高"太阳芯"真空管与普通管的区别在于吸热膜层不一样(吸热膜层是真空管的关键部位)。三高管是干涉膜,普通管是渐变膜。它们的区别主要表现为干涉膜与渐变膜的区别。

(1)、根本区别:膜层结构不同,导致吸收太阳光线的原理不一样。渐变膜,为多层膜,其吸收层一般是9层,它对太阳光线是逐层吸收的,而且其吸收光线的性能逐渐变高。由于这种渐变结构,发射比随温度上升不断加大,以致工作温度在300~500℃时,发射比大大增加。而且吸收层中的铝离子在高温状态下,活泼性大大增强,并发生漂移。这样膜层的内部结构发生错乱,导致膜层开始老化。长期处于这种高温状态下,膜层就会脱落,从而影响了真空管的集热效率和寿命。

(2)、干涉膜,其吸收层共2层,两层膜之间,因金属成份的配比不同而产生干涉作用,使吸收比增加,发射比降低。再加上减反层减少反射的作用,从而实现更高的吸收比和更低的发射比,大大提高了集热效率。

(3)、特征:三高管的吸收比提高了12%,发射比降低了30%-40%,超吸收,热损少,升温快。高效管,超吸收,热效高,升温快,在同样的光照条件下,比普通管能出更多更高水温的热水;高寒管,因铜离子的发射比比铝离子低0.2,因此热损很少,在高寒环境下仍能正常工作,-30℃照常出热水;高温特效管,因膜层中的不锈钢离子耐高温,抗空晒,膜层在400℃条件下不老化、不衰减、不变色。

在相同光照条件下,普通管热吸收不如三高管高,甚至不能满足洗浴要求;在温度较低时,热损更大,集热效率下降,影响正常使用;尤其在空晒超过270℃时,膜层开始老化、脱落,吸收率快速降低,寿命大大缩短。

(4)、工艺:高温特效管、高寒管、高效管分别采用三靶、双靶、单靶磁控溅射工艺;普通管一般都采用单靶磁控溅射工艺。

(5)、外观:A、管口,此处膜层在800℃以上高温状态下封口时,脱落一部分是不可避免的。高温特效管因耐高温,只有约1厘米长无膜层,而其它管因不耐高温,膜层脱落长度约2.5厘米。B、内管颜色:用肉眼观察,高温、高寒管的内管颜色为暗红色(因膜层底层为铜);而高效管和普通管为白色(因膜层底层为铝)。

平板太阳能热水器的基本结构
太阳能真空管热水器迅速发展起来之后,人们开始把平板太阳能热水器看成是太阳能真空管的后代。其实,放在市场需求和技术进步这个大环境上来看,原来她们却是一对孪生姊妹。她们各有各的优势,各有各的市场,也各有各的发展前途。甚至还有人认为平板太阳能热水器才是未来发展的方向。于是,我们就有必要认真研究一下它的基本结构。平板太阳能热水器由吸热板芯、透明盖板、保温材料、贮热水箱以及外壳支架等五部分组成。

一、是吸热板芯
吸热板芯是吸收太阳辐射能量转变为热能,并向水传递热量的关键部件。吸热板芯的选用材料、结构形式和表面涂料的辐射特性对热水器性能具有决定性影响。对吸热板的要求是有一定的承压能力,与水的相容性好,热性能高,制造工艺简单,各项成本合理,运行切实可靠。吸热板芯的材料,国外基本上都用铜和不锈纲,国内一般用铜、铝合金或镀锌板。用金属作吸热板芯,在通常温度范围内,其热传导能力较强,但对光的吸收能力却低于非金属。为降低反射率,提高吸收性能,需要在金属表面上制备一层黑色吸收涂层,以使金属的光吸收率提高到90%以上,从而改善热水器的吸收效果。吸热板芯的断面形状较多,其中最常见的是管板式、管翼式、扁盒式和瓦楞式等多种形式。我国平板太阳能热水器大多采用全铜管平板式或铜铝复合式,因而热水器具有寿命长、不生锈、无腐蚀、水质清洁和热效率高等优点。

二、透明盖板
透明盖板是让太阳辐射透过,而不让吸热板芯产生的远红外线透过,从而抑制吸热板芯表面反射损失和对流损失,使热水器内获得较高温升,形成温室效应的主要部件。同时,它还具有防止灰尘和雨雪损坏吸热板芯的重要作用。透明盖板应满足透过率高、耐冲击强度大、具有良好的耐候性、隔热性能好和便于加工等基本要求。透明盖板材料有普通平板玻璃、钢化玻璃、抗老化玻璃钢和透明塑料板等多种。国内常用盖板材料为普通平板玻璃,它具有透过率高、不易老化、易擦洗等优点,主要缺点是容易破碎。出口或高档产品都使用钢化玻璃盖板。在北方使用的集热器采用双层盖板时,一般采用玻璃加聚碳酸酯薄膜。盖板的层数由使用地区气候条件和工作温度而定,一般为单层,只有在气温较低或工作温度较高的工况下才采用双层盖板,有条件时使用透明蜂窝材料。盖板与吸热板的距离应考虑大于20mm,距离太小会降低集热效率。

三、保温材料
热水器集热板芯的底部及四周都需要有保温层,以减少热水器向四周环境的散热,提高热水器的工作效率。对保温材料的基本要求是保温性能好,耐温在110℃以上,且不分解、不吸水、不易变形或挥发、不产生有毒气体、容量小,便于安装,价格便宜。保温材料一般采用聚氨脂、聚苯乙烯、岩棉、矿棉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等。由于聚氨脂导热系数小、耐温高、不吸水、清洁卫生,价格便宜,因而,企业一般首选聚氨脂做吸热板芯的保温材料。为了实现清洁能源和环保材料的完美结合,力诺瑞特与霍尼韦尔联合开发不破坏臭氧层的新型环保发泡材料,并在全球首家应用于太阳能热水器保温。由于该材料在性能、价格以及与太阳能热水器相结合的适用性等方面,都远远高于其它相关发泡剂保温材料,给太阳能热水器产品的保温和稳定性能带来极其重要的保障,从而,推动中国太阳能生产进入了符合国际环保标准的新时代。

四、贮热水箱
贮热水箱是用于储存热水的装置,它具有良好的保温性能,是太阳热水器的关键部件,其结构、材料、容量和保温性能及补水、取水方式都直接影响热水器的性能和可靠性。水箱外壳的常用材料有压花铝板、彩色钢板、不锈钢板、镀铝锌硅板和玻璃钢等,板厚为0.20-0.50mm。由于不锈钢板易造成光污染,应尽量少用或不用。水箱内胆的常用材料有不锈钢板、搪瓷钢板、防锈铝、镀锌板、玻璃钢和塑料材料等,厚度为0.55-0.77mm。在贮热水箱的两端是端盖,一般由铝、钢和塑料材料压制而成。水箱的保温材料有岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯塑料和聚氨酯发泡塑料。高端产品已开始选用不破坏臭氧层的新型环保发泡材料。为保证安全运行,水箱必须承受一定压力,且保证不漏水、不渗水。承压水箱额定压力应大于每平方厘米12公斤。太阳能热水器不但要有一定温度,还要清洁、卫生、无任何污染,达到饮用水标准,以满足炊事用热水的要求。

五、外壳与支架
为了将吸热板芯、透明盖板和保温材料等组成一个要机整体,并保持一定的刚度和强度,便于安装和运输,需要一个美观的外壳。对外壳的基本要求是坚实耐用,抗气候变化,不变形、重量轻、易加工、外表美观和价格便宜。外壳一般用钢板、彩钢板、铝型材、不锈钢板、塑料和玻璃钢等材料加工制成。支架的作用是支撑太阳能热水器并使其与建筑实现结合。从材料上分有铝合金、不锈钢、碳钢喷塑、镀锌板冲压和管型材冲压支架等。目前大多数厂家使用前两种材料,因其具有良好的搞腐蚀能力。太阳能热水器支架应有足够的强度和钢度才能确保有足够的承重能力。在一些日常风力较大的地区,尤其是沿海地区,还要在设计时充分考虑抗风能力。目前,太阳能已经进入3.00时代,实现了与建筑的完美结合。特别是分体式太阳能热水器诞生,使集热器成为建筑的镶嵌件,水箱不再需要上房顶,因而,支架也就不复存在了。

太阳能热水器系统组成主要有哪些部件:

集热器:系统中的集热元件,太阳能集热器是利用的太阳的辐射热量,故而加热时间只能在有太阳照射的白昼,目前中国市场普及的全玻璃太阳能热集真空管和平板,结构分为内管、外管、选择性吸收涂层、吸气剂、不绣钢卡子、真空夹层等部分。
保温水箱:和电热水箱的保温水箱一样,是储备热量的容器,因为太阳能热水器只有白天工作,而人们一般只在晚上用热水,所以必须通过集热水箱把白天产出的热水储备起来,容积是每天晚上用热水量的总和,太阳能热水器保温水箱保温效果好、耐腐蚀、水质清洁其使用寿命可达20年或以上。
连接管道:将热水从集热器输送到保温水箱,将冷水输送到集热器的通道,使整套系统形用一个闭合的环路,设计合理、连接正确的循环管理对太阳能系统是否能够达到最佳状态至关重要。热水管道必须要做保温处理,管道必须要有很高的质量,保证有20年或以上使用寿命。
控制系统:主要用于分体承压式太阳能热水器,通过连接太阳能集热器和分体承压水箱,将太阳能转换为热能,它能随时监测系统温度、压力、流量等情况,是分体承压式太阳能热水器系统的心脏部分。
支架:主要起到一个撑起作用,撑起集热器让它面对太阳光线最好方向。

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