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  • 太陽能熱水系統簡要介紹

    太陽能集熱器的分類

    太陽能集熱器是至今最為廣泛應用的太陽能轉換裝置。全世界有數以百萬計的太陽能集熱器在使用中。太陽能集熱器可以根據其設計分為兩大類, 即平板式集熱器和真空管式集熱器。后者又可以分為全玻璃型和玻璃- 金屬型。
     

    (a) 平板式集熱器

     
    平板式集熱器包含一個置于隔熱的方形扁箱子中的金屬吸熱體( 由銅或者鋁制成) , 并配以玻璃或塑膠面板。吸熱體通常漆成黑色以提高吸熱能力。熱傳輸介質( 水) 流動的管道依附著吸熱體, 主要由銅制成。當太陽輻射照射到吸熱體的時候, 大部分會被吸收, 其余的則被反射。被吸收的熱量會傳導到熱傳輸介質的管道。
     

    (b) 真空管式太陽能集熱器

    i. 全玻璃型
    集熱器由許多平行放置的透明管組成。每一個管子由一個外層玻璃管和一個內層玻璃管組成。內層玻璃管上涂上了吸熱體涂層,以充分吸收太陽能并盡量減少熱輻射損失。內層玻璃管中放置了導熱片及U形管,冷水在U形管中流動并加熱。兩層玻璃管中間的空氣會被抽走形成真空,以減少熱傳導損失。
    ii.玻璃-金屬型
    玻璃- 金屬型管又可以進一步分為直流式或者熱管式。
    在直流式真空管集熱器中, 金屬翼狀吸熱體被安裝在玻璃管中。玻璃管會被抽成真空, 而水則流動于與吸熱體相附的金屬管中。  
    在熱管式真空管集熱器中, 在真空的玻璃管內的吸熱體會與一個熱管相連。熱管里被注入低沸點的工作介質( 如乙醇) 。熱管上端是一個用來進行熱交換的冷凝泡。這些玻璃管以冷凝泡向上的方向并列, 插入一支歧管里﹝ 又或者插入套裝式熱水器的儲水缸) 。吸熱體吸收的熱量會把工作介質蒸發, 以汽體形態上升至冷凝泡中。水從循環回路流經歧管, 帶走冷凝泡中的熱量。冷凝后的工作介質隨后在重力作用下回到集熱區。

    集熱器性能

    太陽能集熱器的特征曲線方程可以是一級方程或二級方程。如下所示

    溫差為0時的最大轉換效率
    熱損失系數,單位為瓦/平方米?度
    一次熱損失系數,單位為瓦/平方米?度
    二次熱損失系數,單位為瓦/平方米?度^ 2
    吸熱體與空氣之間平均溫差(K)
    大陽輻照強度(瓦/平方米)
    每平方米1000瓦的大陽輻照強度下平均溫差與轉換效率之間關系曲線。 以上文字說明這張圖片。
    上圖: 每平方米1000 瓦的大陽輻照強度下平均溫差與轉換效率之間關系曲線
     
    真空管集熱器通常比平板式集熱器昂貴, 但是, 由于k 值比較低, 在吸熱體與周圍環境溫差較大時, 真空管集熱器的轉換效率比較高一些。

    儲水缸和輔助設備

    太陽能熱水系統器通常需要一個隔熱性能優良的儲水缸以儲存熱水。儲水缸通常設置了輔助電力加熱裝置( 或者燃氣加熱裝置) , 以備在太陽能集熱器的輸出不足以滿足熱水需求的時候給水加熱。這種情況通常發生在沒有陽光或者陽光不足的時候, 如夜晚、 陰天、 或者一年中天氣比較冷的幾個月。
     
    其他輔助設備包括控制器、 循環泵、 安全裝置如溫度/ 壓力安全閥和調溫閥( 用以混合熱水) 。控制器通過溫度感應器來監察集熱器和儲水缸的溫度, 并在適當的溫差時啟動循環泵。儲水缸中溫度過高或者壓力過大的時候, 溫度/ 壓力安全閥會把熱水排出( 通過排水管排至去水管道) 。調溫閥用來控制被送至用戶的熱水的溫度, 以避免燙傷。此閥門自動混合熱水和自來水, 以確保送達用戶的水溫保持在安全溫度以下。

    太陽能熱水系統常見類型

    太陽能熱水系統可以根據進水是直接加熱, 又或者是透過熱交換器間接加熱, 而分為兩大類: 直接式( 開環式) 和間接式( 閉環式) 。
     
    (a) 直接式( 開環式)
    在開環式系統中, 進水( 將被使用的水) 直接流經太陽能集熱器。
    直接式(開環式)。 以下文字說明這張圖片。
    (b) 間接式( 閉環式)
    在閉環式系統中, 進水不由太陽能集熱器直接加熱。特殊的工作介質( 如氟利昂, 丙二醇, 蒸餾水等) 在集熱器中及閉環回路中循環流動。此工作介質會流經儲水缸中的熱交換器, 把熱量帶到進水中。

    套裝太陽能熱水器

    市面上也有供應套裝太陽能熱水器, 該等設備把太陽能集熱器和保溫儲水缸組合成一個整體。這種熱水器的安裝比較簡便, 因此更加適合小型設施或家庭使用。套裝太陽能熱水器有多種大小尺寸可供選擇。小型的熱水器足以滿足兩口之家, 而大型的可以為8 人家庭提供熱水。這類熱水器適合于低密度住宅, 如別墅、 獨立屋、 村屋等, 因為這類建筑有相對較多的屋頂空間可供安裝熱水器。 (責任編輯:zjbn_zhenhai)
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