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墻體型太陽能集熱器的研究

發布日期:2017-09-28 來源: 中國太陽能熱水器網 查看次數: 21298 作者:[db:作者]

核心提示:  墻體型太陽能集熱器的研究張金利王一平天津大學太陽能研究所,300072一種建筑墻體,力求使墻體符合現行建筑規范,同時墻體又是太陽能集熱器,為實現太陽能-建筑一體化作出了積極探索?! ?本文工作隨著

  墻體型太陽能集熱器的研究張金利王一平天津大學太陽能研究所,300072一種建筑墻體,力求使墻體符合現行建筑規范,同時墻體又是太陽能集熱器,為實現太陽能-建筑一體化作出了積極探索。

  2本文工作隨著資源、環境和發展之間的矛盾越來越突出,人們對建筑行業的要求也越來越高。而墻體作為建筑結構的主體,我國長期以實心粘土磚為主要墻體材料。生產實心粘土磚要消耗大量的良田和煤炭,既占用大量資源又消耗大量能源,且在生產過程中產生嚴重環境污染。目前城鎮周邊地區存在許多小型磚廠生產這種保溫效果較差的實心粘土磚,造成了過多資源的消耗和對耕地的破壞,國家已經制定了嚴格限制實心粘土磚使用的法令法規。

  作為粘土磚的替代品,出現了各類非粘土磚、空心砌塊、膨脹混凝土等新型無機材料砌成的新型墻體,也出現了用各種發泡塑料與鋼絲網、水泥抹面復合而成的輕型保溫墻體,具有節能、環保方面的雙重意義。

  而作為居民小康生活水平重要標志的家庭熱水使用的問題,目前大多數仍采用燃氣或電加熱方案,太陽能熱水器供應熱水的比例仍相對較少。其中的一個關鍵因素是,太陽熱水器的使用不僅會影響建筑物整體美觀效果,而且還存在著除頂層居民外,其他樓層居民難以使用等問題。為此,真正意義上的與建筑結構一體化的太陽能熱水器引起了人們普遍的關注?;诖?,我們對墻體型太陽能集熱器進行了一些初步研究。

  2.1墻體型太陽能集熱器的結構墻體型太陽能集熱器的基本結構如所示,其實質是平板集熱器的一種變型。本集熱器由外到內分別由透光保溫涂層、光熱轉化層、外墻支撣及導熱層、集熱管、發泡保溫層、內墻支撐層、內墻涂抹層等部分組成。為加強內外支撐層的連接強度及氣體性由拉筋連接內外支撐層,拉筋與外圍墻支撐層采用焊接,與內墻支撐層的連接采用掛扣-卡扣連接。

  發泡保溫層采用整體發泡工藝制成,使外墻支撐及導熱層、集熱管、拉筋、內墻支撐層連接為一個整體。

  透光保溫涂層1光熱轉%化層2.2工作原理本墻體型集熱器的工作原理為:陽光沿某一角21世紀太陽能新技術度人射墻面,按有效投影截面獲取的有效光能透過透光保溫涂層,人射至光熱轉化層,在光熱轉化層內完全或選擇性地轉化為熱。在制造過程中,選擇光熱轉化層具有較篼的導熱系數,使在轉化層產生的熱量及時傳導給外墻支撐及導熱層。支撐及導熱層采用具有高機械強度、高導熱系數的金屬材料制成。

  其上采用焊接工藝連接有集熱管束,保證熱量有效地通過管壁傳遞給管內流動的液體。由于光熱轉化層、外墻支撐及導熱層、集熱管均被導熱系數很小的材料所包圍,其中產生的熱量僅能通過集熱管內的液體向外輸送,達到集熱的目的。

  由于集熱器又是墻體的一部分,它需要足夠的強度、外觀美學效果及保溫效果。本墻體型集熱器與常用平板集熱器的區別在于其結構強度、厚度均較大,為了增加強度還設置了加強筋。由于墻體型集熱器的安裝位置,除屋頂外,基本只能垂直安裝,且朝向既可能是南北向,也可能是東西向,甚至是東南、西南等斜向朝向,受光的有效受光截面較小,日照時數也較短,加上不可調整角度,所以要求采光面積較大。

  盡管墻體型太陽能集熱器存在上述問題,但由于集熱墻體緊鄰用戶,成本低,可以做出較大的采光面積。而對應于春夏秋冬的角度不可調問題,在夏季,太陽的高度角很大,墻體正南向時有效投影截面很小,但夏季初始水溫高,在天津地區常達25°C 30X:,而此時僅需升溫lOt20T:,供洗浴等使用就已足夠:在冬季初始水溫較低,天津地區常在IX:51之間波動,但由于此時太陽高度角較低,集熱墻體有效投影截面較大,可以補償水溫低、日照弱及時間短的問銓。

  2.3熱性能的實驗裝置。墻體型太陽能集熱器為lmXlm的一平方米實驗型,垂直放置,與集熱器處于同一垂直面的為單晶硅光強傳感器,用于測量墻體的有效受光強度。在集熱器旁設一+300X1的儲熱水箱。水箱用100mm厚發泡聚氨酯保溫,水箱下部有給水口和下循環管口,下循環管與集熱器下給水口相接,下循環管設一測溫口和一排水口。水箱內的冷水由下循環管進人集熱器吸收太陽能升溫,在密度差產生的循環推動力作用下經上循環管返回儲水箱上部,為測定集熱器加熱水的溫升,在上循環管路中也設一測溫口。儲水箱的下部水不斷進人集熱器被加熱,再返回水箱上部,導致水箱出保溫層循環管墻體型太陽能集熱器儲水箱溫度傳感器調理電路多路轉換開關計算機數據處理系統硅光電池墻體型太陽能集熱器性能測試系統現上高下低的溫度分布。該溫度分布情況由沿篼度方向均勻分布的12支溫度傳感器獲取,與上下循環管溫度信號及光電池的光強信號一起輸入計算機系統進行數據處理,獲得瞬時效率和平均效率數據,計算方法按平板集熱器性能測定要求做。水箱及管路的熱損失也按所述平板集熱器熱損失測定方法進行。

  2.4結果與討論實驗結果表明,類比于平板集熱器瞬時效率方程式,墻體型太陽能集熱器的瞬時效率為h――換算到墻體集熱器上的總輻射強度。

  由式(1)可見,在低溫差條件下,墻體型太陽能集熱器有很篼的轉換效率。在夏季,:n―:r2很小,由于集熱器處于篼效工作狀態下,即使有效投影截面,小,但日照時間長,仍可獲得較多的太陽能轉化熱:在冬季,乃一乃較大,集熱器工作效率降低,日照時間也短,這不利于墻體集熱器工作,但此時有效投影截面提高,加上墻體集熱器受光面積很大,仍可獲得大量的40X:50熱水,滿足居民的生活需要。

  本文研制開發的墻體型太陽能集熱器可以滿足墻體型太陽能集熱器的研究在低溫生活用熱水方面的需要,在低溫差條件下使用,可以獲得90%的高效率;在溫差較高時,由于有效投影截面的提篼以及吸熱面積足夠大,即使在冬季,仍可滿足居民的熱水需求。

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