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1、蜂窝热管平板式太阳能热水器的实验研究晨怡热管 http:/ 2006-10-1 23:46:04 日期:2005-12-30 9:08:57 来源: 来自网络 查看: 大 中 小 作者：不详 热度： 王世锋，胡亚才，俞自涛 （浙江大学机械与能源工程学院热工教研室，浙江 杭州 310027） 摘 要：把蜂窝技术和热管技术结合起来应用于平板式太阳能热水器，可以大大减少热损失，提高日平均效率。经多次实验证明，蜂窝热管平板式太阳能热水器的日平均效率可以比真空管式热水器的高，热损系数则要小很多，具有推广应用价值。关键词：太阳能热水器；平板式；蜂窝；热管 Experimentalstudy on newf
2、latplatesolar water heaterWANGShifeng，HUYacai，YUZitao（College of Mechanic and Energy Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China）Abstract：Applying cellulartechnology and heat pipetechnology in flat plat solar water heater can greatly reduce heatlosingand enhance average daily coefficientMa
3、ny times experiments prove thatthe average daily efficiency offlat platsolar waterheater using cellulartechnology and heat pipe technology is higher than that of evacuated tubular solar water heater，on theopposition the average heatloss efficiencyis muchlessSothe newflatplate solar water heaterhave
4、popularizing and applyingvalueKey words：solar water heater；flat plate；cellular；heat pipe 0 引 言太阳能热水器的类型很多，目前日常生活中广泛应用的太阳能热水器，根据集热器的不同主要可分为平板式和真空管式两大类 1 。其中全玻璃真空管式太阳能热水器占领着国内市场的大部分。但从太阳能热水器的发展趋势来看，平板式太阳能热水器具有发展潜力，宋爱国 2，3 等认为理论上平板式太阳能集热器的日平均效率比真空管式太阳能集热器要高。尽管目前平板式太阳能热水器与真空管式太阳能热水器相比平均热损系数较高，高温段的效率偏低，但
5、把蜂窝技术和热管技术结合起来应用于平板式太阳能集热器制成的蜂窝热管平板式太阳能热水器，可以降低平均热损系数和增加高温段的日平均效率。蜂窝热管平板式太阳能热水器通过在透明盖板下加蜂窝夹层的方法来减少表面热损失；利用热管热二极管的特性使晚上的热损失大大减少。我们自行研制了蜂窝热管平板式太阳能热水器，并将其与购买的全玻璃真空管式太阳能热水器在同等条件下进行了对比实验研究。本文将介绍对比实验研究的结果。1 实验装置与实验方法本实验研制的蜂窝热管式平板集热器的横剖面示意图如图 1 所示。蜂窝热管平板式太阳能集热器由保温材料和金属框组成外箱体、透明玻璃盖板、蜂窝夹层、带翅片的热管组成。其特征是在透明盖板下
6、面设有蜂窝，热管和翅片组成吸热板置于蜂窝下面，有效采光面积为 14m 2。其工作原理：当太阳辐射能透过带蜂窝结构的透明盖板后，其热量被涂有表面吸收涂层的带翅片的热管吸收，热管达到工作温度，通过内部工质（水）的相变过程将热量输送给蓄热器。全玻璃真空管式太阳能热水器有效采光面积为 17m 2。两台集热器相邻放置，安装倾角同为 45。为了便于比较蜂窝热管式太阳能热水器和全玻璃真空管式太阳能热水器的热性能，实验主要对两者的日平均效率和热损系数进行测试。测试所用仪器、仪表的精度符合国标要求。全部测试数据由惠普 3497A 数据采集系统采集并连接到计算机，计算机每隔 3 min 自动采集一次数据。2 实验
7、数据及结果分析实验中，太阳能热水器热性能的测试主要参考国家标准 GBT1291591 4（家用太阳能热水器热性能试验方法）和 GB427184 5 （平板型太阳集热器热性能试验方法），其中热性能指标主要包括瞬时效率、日平均效率、热损系数等。 实验中我们采用下面的公式来计算日平均效率： 上式表示把一天内所吸收的有用能总和除以一天内的累积太阳辐照量即是日平均效率。两台热水器的日平均效率如表 1 所示。从表 1 可以看出：蜂窝热管平板式太阳能热水器低温段（蓄热器中水的温度小于 65）的日平均效率比全玻璃真空管式太阳能热水器的日平均效率要高；在高温段（蓄热器中水的温度大于 65）蜂窝热管平板式太阳能热
8、水器日平均效率比全玻璃真空管式太阳能热水器日平均效率要低。这是因为在温度比较高的时候，蜂窝热管平板式太阳能热水器的散热损失比真空管式太阳能热水器的大，使它的日平均效率在高温段比真空管式的低。但在温度小于 65的情况下，蜂窝热管平板式太阳能热水器具有较高的日平均效率。由于采用了蜂窝技术，有效地抑制了自然对流散热损失和吸热板对外界的红外辐射损失，使蜂窝热管平板式太阳能热水器的日平均效率得以提高。平均热损系数是描述热水器性能的另一个重要指标，它是指在无太阳辐照的条件下一定时间内，单位时间，单位采光面积，太阳能热水器贮水温度与环境温度之间单位温差的平均热量损失。平均热损系数的定义式： 式中：U L平均
9、热损系数，W（m 2）；tm平均储水温度，；M太阳能热水器贮水质量，kg；Cp水的比热，J（kg）；t1初始平均水温，；t4结束平均水温，；A太阳能热水器采光面积，m 2；ta平均环境温度，；时间间隔，s；下标分别代表不同时刻的数据测量值。 把数据整理后代入式（2），可得蜂窝热管式平板集热器与全玻璃真空管集热器的热损系数如表 2 所示。 从表 2 中可以看出蜂窝热管式平板太阳能热水器的热损系数要小于全玻璃真空管太阳能热水器的热损系数。这是因为热管具有单向传热的特性，起了热二极管的作用，明显降低了热损失。图 2 所示为夏季理想气候条件下某个晚上水箱内水温的变化曲线。从图中可以直观地看出，在晚上全
10、玻璃真空管式太阳能热水器水温下降要比蜂窝热管式太阳能热水器的大。因为在晚上，蜂窝热管平板式太阳能热水器蓄热器中水的热量不能通过热管向外传递；而真空管由于管内有水，还会通过真空管向外散失一些热量。这进一步证明了把热管技术应用在太阳能热水器上，能显著降低热水器的热损失。3 结 论（1）蜂窝热管平板式太阳能热水器最显著的特点是同时应用了蜂窝技术和热管技术。实验发现：在温度小于 65时其日平均效率为 483，比全玻璃真空管式太阳能热水器（422）要高。虽然在高于 65时，其日平均效率比全玻璃真空管式太阳能集热器的要稍低，但后者管内壁易结垢，日久会使日平均效率降低。而蜂窝热管平板式太阳能热水器通过热管内
11、工质潜热传递热量，不易结垢，其日平均效率比较稳定。（2）实验中蜂窝热管平板式太阳能热水器的平均热损系数为 116，比全玻璃真空管式太阳能热水器的平均热损系数 224 要小很多。（3）平板式太阳能热水器采用蜂窝和热管技术后，其热性能得到了提高，具有一定的实用和推广价值。致谢：本实验中采用的全玻璃真空管式太阳能热水器由浙江美大集团浙江美大太阳能热水器工业有限公司提供，在此对他们的支持和帮助表示衷心的感谢。参考文献1 奚 阳平板式热管太阳能集热器冬季运行性能研究J江西科学，1999，17（3）：1801832 宋爱国，栗加顺平板式与真空管式太阳热水器热性能分析比较J太阳能，2000，23（4）3 宋爱国平板式与真空管式太阳热水器瞬时效率实验曲线分析J首都师范大学学报，2000，21（3）：25284 GBT1291591，家用太阳热水器热性能试验方法S5 GB427184，平板型太阳集热器热性能试验方法S责任编辑: banye 参与评论
