不同结构的平板式阳台壁挂太阳能热水系统性能分析

1、不同结构的平板式阳台壁挂太阳能热水系统性能分析高立峰，孙艺霞，张敏，何茂涛，杨荣昆（山东桑乐太阳能有限公司，山东 济南 250014）摘要：针对竖直式和水平式两种流道结构的集热器进行对比试验，根据相关参数对两种热水系统的热性能进行了计算和对比分析，结果表明水平式流道的平板热水系统在瞬时效率、日平均效率、日有用得热量和升温性能四个方面均优于竖直式流道的平板太阳能热水系统。关键词:平板集热器； 瞬时效率； 日平均效率； 升温性能； 日有用得热量 中图分类号：TK519 文献标识码：AThe different structure Plate-type balcony hanging solar w

2、ater heating systems performance analysisGao Li-feng,Sun Yi-xia,Zhang Min,He Mao-tao,Yang Rong-kun（Shandong Sangle Solar Energy CO.,Ltd.，Jinan 250014,China）Abstract: For two kinds of vertical type and horizontal structure of the collector flow comparison test,and according to the different related p

3、arameters of the two kinds of hot water system for quantitative analysis and comparative study, found that horizontal flow flat hot water system in the instantaneous efficiency, the average efficiency, day useful heating and heat to performance four, are better than the vertical type of port plate h

4、ot water system.Key words: flat collector; instantaneous efficiency;daily average efficiency;warming performance;daily useful energy1 平板式太阳能集热器介绍平板式太阳能集热器的一种主要产品类型，以其独特的优越性能在国内外，特别是国外已有多年的应用历史。平板式太阳能集热器是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。随着关键技术的不断突破，国内太阳能集热器与建筑一体化趋势不断加强。近几年国内新型平板型集热器的推广及技术成熟，得到了越来越多消费者的认可，目

5、前正以200%的速度增长，3年后年推广量将达到800万以上，新型平板集热器热水系统产值将达到300亿元。本文对两种集热器的热性能进行了试验，按集热器的流道的布置方式不同，分别为竖直式和水平式，其结构具体形式如下：（1）竖直式：水平管直径22mm，长2400mm，竖直管直径12mm，长760mm，具体形式见图1。收稿日期：2011-06-02作者简介：高立峰（1981-），男，工程师，研究方向为太阳能热利用，Email: gaolifeng1981。 图1 竖直式平板集热器Fig.1 Vertical flat plate collector（2）水平式：水平管直径12mm，长2400mm，竖直

6、管直径22mm，长760mm，具体形式见图2。 图2 水平式平板集热器Fig.2 Horizontal flat plate collector2两种平板式阳台壁挂太阳能热水系统对比试验2.1 试验装置与过程试验中将两台平板式阳台壁挂太阳能热水系统同时安装，进行对比试验，二者都采用自然循环方式。按照国标规定，热水器朝向都为正南，这样能保证最大限度的获取太阳辐射。对于安装角度，根据使用地点的纬度来决定，一般为当地纬度值加减5º。济南市的纬度在36º左右，所以两台热水器的倾角都为30º。对两台热水器的瞬时效率、日平均效率、升温能力和日有用得热量做对比试验。试验装置由温

7、度测量系统、太阳辐射强度测量系统、风速测量系统、数据自动采集系统、水供应系统、管路系统等几部分组成。试验时间为每天的8: 00 16: 00。水箱内水温采用T型热电偶测量，量程0200，精度为+_0.1。在水箱的中心位置沿轴向均匀布置5个测点，水箱的平均水温用5个测点的算术平均值表示。环境温度采用T型热电偶置于百叶窗中测量，水箱温度和环境温度采用横河MV1000数据采集仪采集。辐射量采用TBQ2型太阳总辐射表测量，TRM123型辐射记录仪采集；风速采用Smart Sensor 分体式风速风量计测量；每隔5s采集数据一次，每隔5min记录一次数据，辐射仪记录太阳辐射5min的累计量和瞬时值。2.

8、2结果与分析2.2.1 瞬时效率比较瞬时效率的计算公式1为：， （1）式中是瞬时效率，无量纲；为热水器的水容量，kg；是水的比热，J/(kg·K)；为集热器的采光面积，m2；是累积辐射量，J/m2;i为某时刻水的平均温度，； 图3 两种平板式太阳能热水器瞬时效率图Fig.3 Two kinds of flat plate solar water heater instantaneous efficiency map图3为两种集热器4天瞬时效率对比曲线。从图3中可以看出，平板式阳台壁挂太阳能热水系统的瞬时效率不稳定，但是两种平板集热器变化趋势基本上是一致的。在全天的大部分时间段内水平式

9、的瞬时效率曲线都高于竖直式的。将瞬时效率拟合成随变化的曲线，二者的瞬时效率方程分别为：=0.55-1.72 ， =0.58-2.06 （2）式中: 为水箱内平均水温, ; 为环境温度, ; 为太阳辐照度,MJ/ m2。拟合后的瞬时效率图见图4-图5： 图4 竖直流道式集热器拟合后的瞬时效率 图5 水平流道式集热器拟合后的瞬时效率 Fig.4 Vertical flow-type collector instantaneous efficiency Fig.5 Horizontal flow-type collector instantaneous efficiency 从瞬时效率方程可以看出，

10、竖直式平板热水系统瞬时效率曲线的截距为0. 55,而水平式平板热水系统的瞬时效率曲线的截距为0. 58。这是因为在热水系统没有与环境进行热交换时, 水平式平板热水系统的瞬时效率要高于竖直式平板热水系统。2.2.2 日有用得热量、升温性能及日平均效率的比较 日有用得热量，升温效率、平均日效率按公式（3）-（6）1-2计算： （3） （4） （5） （6）式中：q是太阳热水系统单位轮廓采光面积的日有用得热量，MJ/ m2；是水的密度，kg/m3；c是水的比热，；V是贮水箱的有效容积，m3； 是集热试验结束时贮水箱中水的平均温度，；是集热试验开始时贮水箱中水的平均温度，；A是太阳热水系统中太阳集热器

11、的轮廓采光面积，m2； 是日太阳辐照量为17 MJ/ m2时，太阳热水系统单位轮廓采光面积的日有用得热量，MJ/m2；H是太阳集热器采光口所在平面的日太阳辐照量,MJ/m2；是日太阳辐射量为17MJ/m2时，贮水箱中水的升温值。是平均日效率，无因次；M是太阳热水器容水量，kg。图6-图8为两种集热器日有得热量、日平均效率和日升温能力比对。从图68可以看出，无论从日有效得热量和升温性能，还是日平均效率角度来看，水平流道式平板集热器都要优于竖直式；这是由于竖直式的铜管节点多于横排，循环阻力稍大，所以较容易造成循环死角，一部分集热面积不能充分利用，降低了热性能。图6 两种平板式集热器的日有用得热量比

12、较Fig.6 For the daily useful heater of both flat plate collector to compare图7 两种平板式集热器的日平均效率比较Fig.7 Two kinds of flat-plate collector efficiency on average compared图8 两种平板式集热器的日升温能力比较Fig.8 For both flat plate collector's ability to contrast the daily temperature3结论以上试验表明从的对比看，水平式平板集热器在瞬时效率、日平均效率、日有效得热量和升温性能等方面都优于竖直式，系统平均效率高5%左右。综合考虑竖直式材料及加工成本高，水平式优势更大。为未来平板太阳能集热器的设计开发及推广提供了一个新的思路。参考文献：1 GB/T 20095-2006,家用太阳能热水系统热性能试验方法S.2 刘继者.热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统的研究D.天津：天津大学，2006.3 龚小辉，羌季.与建筑一体化太阳能集热器