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空晒对太阳能集热器工作效率影响测试研究

太阳能热水系统在建筑中的应用越来越广泛。太阳能采暖和太阳能空调系统的工程应用近年来也有发展,由此带来了在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器的空晒问题。笔者所在团队结合工作实际,对种常见的几种太阳能集热器空晒前后的工作效率进行了测试,量化了空

太阳能热水系统在建筑中的应用越来越广泛。太阳能采暖和太阳能空调系统的工程应用近年来也有发展,由此带来了在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器的空晒问题。笔者所在团队结合工作实际,对种常见的几种太阳能集热器空晒前后的工作效率进行了测试,量化了空晒对太阳能集热器工作效率的影响,供设计人员参考。 关键词空晒太阳能集热器工作效率太阳能采暖太阳能空调 0前言 太阳能热水系统在建筑中应用越来越广泛。为了更好地利用太阳能,太阳能采暖和太阳能空调系统在建筑中应用。由于采暖和空调具有季节性,而太阳能集热系统是全年吸收太阳能的,由此带来用热负荷与太阳能供热的不匹配性,在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器处于没有负荷消耗状态,导致太阳能集热器由闷晒状态到空晒状态。空晒过久会导致太阳能集热器的工作效率下降,导致太阳能供热系统不能充分发挥应有的节能效果。由于空晒如何影响太阳能集热器的工作效率过去没有定量的研究,因此,我们结合科研工作的实际情况,选取了4种太阳能集热器进行了空晒前后的太阳能集热器效率测试,量化了空晒对太阳能集热器效率的影响,供广大太阳能热利用设计人员在设计时参考。 1测试方案制定 在国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京)接受委托测试的样品中,我们随机选择了4种类型的太阳能集热器,进行空晒前后的太阳能集热器工作效率的测试,样品来自不同的生产企业,类型涵盖平板型太阳能集热器、玻璃-金属封接式真空管型太阳能集热器、热管式真空管型太阳能集热器和U型管真空管型太阳能集热器。样品基本参数见表1~表4。
表1平板型太阳能集热器参数

盖板材料

玻璃

盖板层数

1

盖板厚度/mm

10

采光面尺寸/mm

1950×940

总面积尺寸/mm

2000×1000

吸热体材料

电镀黑铬

采光面积/㎡

1083

总面积/㎡

2
表2玻璃-金属封接式真空管型太阳能集热器(大热管)参数

集热管根数/根

8

排列方式

竖单排

采光面积/㎡

1.55

总面积/㎡

1.99

罩玻璃管/mm

Φ100

结构尺寸/mm

2000
表3热管式真空管型太阳能集热器(小热管)参数

集热管根数/根

16

排列方式

竖单排

采光面积/㎡

1.62

总面积/㎡

2.34

罩玻璃管/mm

Φ58

结构尺寸/mm

1800
表4U型管真空管型太阳能集热器

集热管根数/根

16

排列方式

竖单排

采光面积/㎡

1.62

总面积/㎡

2.34

罩玻璃管/mm

Φ58

结构尺寸/mm

1800
太阳能集热器工作效率的测试依据GB/T4271-2007《太阳能集热器热性能试验方法》,空晒参照欧洲标准EN12975-2《太阳能热水系统与部件—太阳能集热器–第二部分:测试方法》,测试所用仪表均经过计量检定。 2测试过程 根据国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京)的工作安排,对四种不同类型太阳能集热器样品进行了测试。样品最长的空晒时间为241d,最短空晒时间88d,空晒时太阳能集热器的安装倾角不同,测试期间,环境温度在24℃以上,详细的测试周期及期间的气象参数汇总见表5。
表5样品测试周期及测试气象参数汇总

太阳能集热器类型

平板型

玻璃-金属封接式真空管型

热管式真空管型

U型管真空管型

第一次热效率测试日期

7月12日

6月6日

4月14日

2月26日

第二次热效率测试日期

10月8日

10月27日

9月12日

10月24日

空晒测试期间太阳能总辐照量/(MJ/m2)

1170

1887

1404

1954

空晒测试期间平均环境温度/℃

25.2

24.2

26.7

24.3

空晒持续时间/d

88

143

151

241

空晒期间平均日太阳辐照量/(MJ/m2)

13.6

13.2

9.3

8.1
从图1~3太阳能集热器空晒前后的效率变化 (略)
从图1~图4可以看出,空晒之后所有太阳能集热器的集热性能均有所下降。空晒前的太阳能集热器集热效率满足国家标准要求,但空晒后的太阳能集热器热效率均达不到国家标准要求。 按采暖的工况计算空晒前后的太阳能集热器效率变化,如太阳能采暖系统的回水温度为40℃,环境温度按-5℃,太阳能辐照度按600W/㎡考虑,则归一化温差Ti*=0.08(㎡·K/W),计算得出4种类型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器的热效率变化见表6。从表6可以看出,在Ti*=0.08㎡·K/W时,空晒前后的太阳能集热器的热效率下降很大。 表64种类型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器的集热效率变化(Ti*=0.08㎡·K/W) 太阳能集热器类型平板型玻璃-金属封接式真空管型热管式真空管型U形管真空管型 空晒前太阳能集热器工作效率0.3650.5420.5790.555 空晒后太阳能集热器工作效率0.0440.1050.0610.416 4结论及建议 以上测试数据仅对某种太阳能集热器空晒前后的工作效率进行比较。因为由于生产厂家、生产工艺等方面的不同,以及空晒时间的不同,不同类型太阳能集热器之间的热性能比较是没有意义的。但是通过测试数据表明空晒对太阳能集热器热效率的影响比较大,因此在进行太阳能采暖系统和空调系统设计时,应合理制定系统设计方案,从方案设计角度避免太阳能集热器空晒时间过长的问题。 避免太阳能集热器出现空晒状况,建议采用以下几种方法: 1.首先保证太阳能集热系统充分利用太阳能,将收集到的太阳能全部用掉,这是最好的解决方法; 2.其次采用蓄热手段将不能消耗的热量蓄存; 3.最后考虑采用冷却器,当太阳能集热系统温度过高时,开启冷却器,将多余的热量散出。

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