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空曬對太陽能集熱器工作效率影響測試研究

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保定最新中奖 www.fdvhnj.com.cn 發布時間: 2017-12-15

空曬對太陽能集熱器工作效率影響測試研究
中國建筑科學研究院 張昕宇 何濤 鄭瑞澄 路賓 李忠
國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心(北京) 黃祝連 張磊 鄧昱

摘要 太陽能熱水系統在建筑中應用的越來越普及,太陽能采暖和太陽能空調系統的工程應用近年來也有發展,由此帶來了在非采暖季節和非空調季節太陽能集熱器的空曬問題,筆者所在團隊結合工作實際,對四種常見的太陽能集熱器空曬前后的工作效率進行了測試,量化了空曬對集熱器工作效率的影響,供設計人員參考。
關鍵詞 空曬 集熱器工作效率 太陽能采暖 太陽能空調
1 問題的提出
太陽能熱水系統在建筑中應用越來越普及,為了更好利用太陽能,太陽能采暖和太陽能空調系統在建筑中開始應用,由于采暖和空調具有季節性,而太陽能集熱系統是全年吸收太陽能的,由此帶來用熱負荷與太陽能供熱的不匹配性,會導致在非采暖季節和非空調季節太陽能集熱器出于沒有負荷消耗狀態,導致太陽能集熱器由悶曬狀態到空曬狀態??丈構沒岬賈綠裟薌繞韉墓ぷ饜氏陸?,導致太陽能系統不能充分發揮應有的節能效果,但是空曬如何影響太陽能集熱器的工作效率過去沒有定量的研究,因此,我們結合科研工作的實際情況,選取了四種廠家的太陽能集熱器進行了空曬前后的太陽能集熱器效率測試,量化了空曬對太陽能集熱器效率的影響,供廣大設計人員在設計時參考。
2 測試方案制定
在國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心(北京)接受委托測試的樣品中,我們隨機選擇了四種類型的太陽能集熱器,進行空曬前后的太陽能集熱器工作效率的測試,樣品來自不同的生產企業,類型涵蓋平板型太陽能集熱器,玻璃-金屬封接式真空管型太陽能集熱器,熱管式真空管型太陽能集熱器和U型管真空管型太陽能集熱器。樣品基本參數如下:



太陽能集熱器工作效率的測試依據GB/T4271-2007《太陽能集熱器熱性能試驗方法》,空曬參照歐洲標準EN12975-2《太陽能熱水系統與部件—太陽能集熱器–第二部分:測試方法》,測試所用儀表均經過計量檢定。
3 測試過程
根據國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心(北京)的工作安排,對四塊樣品進行了測試,樣品最長的空曬時間為241天,最短空曬時間88天,空曬時太陽能集熱器的安裝傾角不同,測試期間,環境溫度在24℃以上,詳細的測試周期及期間的氣象參數匯總見表1。

4 太陽能集熱器空曬前后的效率變化
圖1至圖4為四種類型的太陽能集熱器空曬前后的太陽能集熱器效率曲線對比。
從圖1至圖4可以看出,空曬之后所有集熱器的熱性能均有所下降??丈骨暗奶裟薌繞魅刃事愎冶曜家?,但空曬后的太陽能集熱器熱效率均達不到國家標準要求。

空曬前:ηa=0.769-5.055Ti*
空曬后:ηa=0.658-7.669Ti*
圖1平板型太陽能集熱器空曬前后效率變化


空曬前:ηa=0.752-2.462Ti*
空曬后:ηa=0.737-4.015Ti*
圖2玻璃-金屬封接式真空管型太陽能集熱器空曬前后效率變化


空曬前:ηa=0.768-2.361Ti*
空曬后:ηa=0.694-7.910Ti*
圖3熱管式真空管型太陽能集熱器空曬前后效率變化


空曬前:ηa=0.738-2.444Ti*
空曬后:ηa=0.620-6.438Ti*
圖4 U形管型真空管型太陽能集熱器空曬前后效率變化


按采暖的工況計算空曬前后的集熱器效率變化,如太陽能采暖系統的回水溫度為40℃,環境溫度按-5℃,太陽能輻照度按600W/㎡考慮,則歸一化溫差Ti*=0.08(㎡?K/W),計算得出四種類型的太陽能集熱器空曬前后的太陽能集熱器的熱效率變化見表2。從表2可以看出,在Ti*=0.08(㎡?K/W)時,空曬前后的太陽能集熱器的熱效率下降很大。
表2 四種類型的太陽能集熱器空曬前后的太陽能集熱器的熱效率變化(Ti*=0.08(㎡?K/W))

5 結論及建議
以上測試數據僅對某種太陽能集熱器空曬前后的工作效率進行比較,因為生產廠家、生產工藝等方面的不同,以及空曬時間的不同,不同類型集熱器之間的熱性能比較是沒有意義的,但是通過測試數據表明:空曬對太陽能集熱器熱效率的影響比較大,因此在進行太陽能采暖系統和空調系統設計時,應合理制定系統方案,從方案角度避免集熱器處于空曬時間過長。
避免太陽能集熱器出現空曬狀況,建議采用以下幾種方式:
(1)首先充分利用太陽能,將收集到的太陽能全部用掉,這是最好的解決方式;
(2)其次采用蓄熱手段將不能消耗的熱量蓄存;
(3)最后考慮采用冷卻器,當集熱系統溫度過高時,開啟冷卻器,將多余的熱量散出。
張昕宇 男 1975年10月 工程師 北京市北三環東路30號 100013 電話:010-84278906-820 傳真:010-84288287 [email protected]
本研究項目受到“十一五”國家科技支撐計劃項目(項目號: 2006BAJ04A05,2006BAJ04A03)和中國建筑科學研究院建筑安全與環境國家重點實驗室項目(編號2008010933730005)的資助。


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