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解剖雲南滇樂平板太陽能集熱器
來源:雲南太陽能安裝工程 發布時間:2018年10月07日
平板型太陽能集熱器是太陽能低溫熱利用的基本部件,也一直是世界太陽能市場的主導產品。平板型集熱器已廣泛應用於生活用水加熱、遊泳池加熱、工業用水加熱、建築物采暖與空調等諸多領域。用平板型太陽能集熱器部件組成的熱水器即平板太陽能熱水器。
一般大家看到的隻是平板集熱器外觀,它的內部構造究竟如何?依靠什麽原理運行?安裝使用過程中有什麽需要注意的呢?今天,我們就一起來解剖一台平板集熱器。

工作原理

雲南太陽能安裝工程

當平板型太陽能集熱器工作時,太陽輻射穿過透明蓋板後,投射在吸熱板上,被吸熱板吸收並轉換成熱能,然後將熱量傳遞給吸熱板內的傳熱介質,使傳熱介質的溫度升高,作為集熱器的有用能量輸出。

解剖正式開始

雲南太陽能安裝工程

1、吸熱板
吸熱板是平板型太陽能集熱器內吸收太陽輻射能並向傳熱工質傳遞熱量的部件,其基本上是平板形狀。

吸熱板的結構形式
在平板形狀的吸熱板上,通常都布置有排管和集管。排管是指吸熱板縱向排列並構成流體通道的部件;集管是指吸熱板上下兩端橫向連接若幹根排管並構成流體通道的部件。吸熱板的材料種類很多,有銅、鋁合金、銅鋁複合、不鏽鋼、鍍鋅鋼、塑料、橡膠等。吸熱板有如下主要結構形式
(1)管板式。管板式吸熱板是將排管與平板以一定的結合方式連接構成吸熱條帶(如圖2a),然後再與上下集管焊接成吸熱板。這是目前國內外使用比較普遍的吸熱板結構類型。
(2)翼管式。翼管式吸熱板是利用模子擠壓拉伸工藝製成金屬管兩側連有翼片的吸熱條帶(如圖2b),然後再與上下集管焊接成吸熱板。吸熱板材料一般采用鋁合金。翼管式吸熱板的優點:熱效率高,管子和平板是一體,無結合熱阻;耐壓能力強,鋁合金管可以承受較高的壓力。缺點:水質不易保證,鋁合金會被腐蝕;材料用量大,工藝要求管壁和翼片都有較大的厚度;動態特性差,吸熱板有較大的熱容量。
(3)扁盒式。扁盒式吸熱板是將兩塊金屬板分別模壓成型,然後再焊接成一體構成吸熱板(如圖2c),吸熱板材料可采用不鏽鋼、鋁合金、鍍鋅鋼等。通常,流體通道之間采用點焊工藝,吸熱板四周采用滾焊工藝。扁盒式吸熱板的優點:熱效率高,管子和平板是一體,無結合熱阻;不需要焊接集管,流體通道和集管采用一次模壓成型。缺點:焊接工藝難度大,容易出現焊接穿透或者焊接不牢的問題;耐壓能力差,焊點不能承受較高的壓力;動態特性差,流體通道的橫截麵大,吸熱板有較大的熱容量;有時水質不易保證,鋁合金和鍍鋅鋼都會被腐蝕。
(4)蛇管式。蛇管式吸熱板是將金屬管彎曲成蛇形(如圖2d),然後再與平板焊接構成吸熱板。這種結構類型在國外使用較多。吸熱板材料一般采用銅,焊接工藝可采用高頻焊接或超聲焊接。蛇管式吸熱板的優點:不需要另外焊接集管,減少泄漏的可能性;熱效率高,無結合熱阻;水質清潔,銅管不會被腐蝕;保證質量,整個生產過程實現機械化;耐壓能力強,銅管可以承受較高的壓力。缺點:流動阻力大,流體通道不是並聯而是串聯;焊接難度大,焊縫不是直線而是曲線。

吸熱板上的塗層
為了使吸熱板可以最大限度地吸收太陽輻射能並將其轉換成熱能,在吸熱板上應覆蓋有深色的塗層,這稱為太陽能吸收塗層。
太陽能吸收塗層可分為兩大類:非選擇性吸收塗層和選擇性吸收塗層。非選擇性吸收塗層是指其光學特性與輻射波長無關的吸收塗層;選擇性吸收塗層則是指其光學特性隨輻射波長不同有顯著變化的吸收塗層。

吸熱板所用材料
(1)集管和支管采用TP2銅TP2銅磷脫氧銅是熔解高純度的原材料,把熔化銅中產生的氧氣用親氧性的磷(P)脫氧,使其氧含量降低到100PPm以下,從而提高其延展性、耐蝕性、熱傳導性、焊接性、抽拉加工性,在高溫中也不發生氫脆現象。
(2)條帶(整板)采用銅或鋁TU1無氧紫銅標準(GB/T5231-2001)
特性及適用範圍:氧的含量極低,純度高,導電導熱性極好,延展性極好,透氣率低,無“氫病”或極少“氫病”;加工性能和焊接、耐蝕耐寒性均好。

2、透明蓋板
透明蓋板是平板型集熱器中覆蓋吸熱板、並由透明(或半透明)材料組成的板狀部件。它的功能主要有3個:
一是透過太陽輻射,使其投射在吸熱板上;
二是保護吸熱板,使其不受灰塵及雨雪的侵蝕;三是形成溫室效應,阻止吸熱板在溫度升高後通過對流和輻射向周圍環境散熱。

透明蓋板的材料
用於透明蓋板的材料主要有兩大類:平板玻璃和玻璃鋼板。兩者相比,目前國內外使用更廣泛的還是平板玻璃。
平板玻璃具有紅外透射比低、導熱係數小、耐候性能好等特點,在這些方麵無疑是可以很好地滿足太陽能集熱器透明蓋板的要求。然而,對於平板玻璃來說,太陽透射比和衝擊強度是兩個需要重視的問題。
目前常用的透明蓋板材料是厚度為3~5mm的平板玻璃,超白低鐵鋼化玻璃或超白低鐵布紋鋼化玻璃,透過率高,能夠抗冰雹,抗擊打,安全可靠。常用玻璃厚度為3.2mm和4.0mm兩種。

透明蓋板的層數及間距
透明蓋板的層數取決於太陽能集熱器的工作溫度及使用地區的氣候條件。絕大多數情況下,都采用單層透明蓋板;當太陽能集熱器的工作溫度較高或者在氣溫較低的地區使用,譬如在我國南方進行太陽能空調或者在我國北方進行太陽能采暖,宜采用雙層透明蓋板;一般情況下,很少采用3層或3層以上透明蓋板,因為隨著層數增多,雖然可以進一步減少集熱器的對流和輻射熱損失,但同時會大幅度降低實際有效的太陽透射比。
對於透明蓋板與吸熱板之間的距離,國內外文獻提出過各種不同的數值,有的還根據平板夾層內空氣自然對流換熱機理提出了最佳間距。但有一點結論是共同的,即透明蓋板與吸熱板之間的距離應大於20mm。
3、隔熱層
隔熱層是集熱器中抑製吸熱板通過傳導向周圍環境散熱的部件。

隔熱層的材料
用於隔熱層的材料有:岩棉、玻璃棉、聚氨酯、聚苯乙烯等。目前使用較多的是玻璃棉。雖然聚苯乙烯的導熱係數很小,但在溫度高於70℃時就會變形收縮,影響它在集熱器中的隔熱效果。在實際使用時,往往需要在底部隔熱層與吸熱板之間放置一層薄薄的玻璃棉或岩棉,在四周隔熱層的表麵貼一層薄的鍍鋁聚酯薄膜,使隔熱層在較低的溫度條件下工作。即便如此,時間長久後,仍會有一定的收縮,所以使用聚苯乙烯時,應給予足夠的重視。
玻璃棉是將熔融玻璃纖維化,形成棉狀的材料,化學成分屬玻璃類,是一種無機質纖維,具有成型好、體積密度小、熱導率低、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐飾、化學性能穩定。
隔熱層的厚度
隔熱層的厚度應根據選用的材料種類、集熱器的工作溫度、使用地區的氣候條件等因素來確定。應當遵循這樣一條原則:材料的導熱係數越大、集熱器的工作溫度越高、使用地區的氣溫越低則隔熱層的厚度就要求越大。一般來說,底部隔熱層的厚度選用30~50mm,側麵隔熱層的厚度與之大致相同。

4、外殼
外殼是集熱器中保護及固定吸熱板、透明蓋板和隔熱層的部件。
外殼的技術要求
根據外殼的功能,要求外殼有一定的強度和剛度,有較好的密封性及耐腐蝕性,而且有美觀的外形。

外殼的材料
用於外殼的材料有鋁合金、不鏽鋼板、碳鋼板、塑料、玻璃鋼等。為了提高外殼的密封性,有的產品已采用碳鋼板一次模壓成型工藝。目前平板集熱器外殼(邊框)應用最多的材料是鋁合金和碳鋼板一次模壓成型。
鋁合金:一般應用的為6063T5的鋁合金型材。6063係列鋁合金廣泛用於建築鋁門窗、幕牆的框架,為了保證門窗、幕牆具有高的抗風壓性能、裝配性能、耐蝕性能和裝飾性能,對鋁合金型材綜合性能的要求遠遠高於工業型材標準。

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