技 术 大 纲

1) 太 阳 能 集 热 器 类 型
2) 太 阳 能 集 热 器 性 能
3) 储 水 缸 和 辅 助 设 备
4) 太 阳 能 热 水 系 统 常 见 类 型
5) 套 装 太 阳 能 热 水 器
6) 太 阳 能 热 水 系 统 的 应 用

太 阳 能 热 水 系 统 能 够 利 用 太 阳 辐 射 的 热 能 来 产 生 热 水 。 家 用 的 太 阳 能 热 水 装 置 通 常 由 太 阳 能 集 热 器 和 一 个 储 水 缸 组 成 。 太 阳 能 集 热 器 能 够 吸 收 太 阳 辐 射 , 直 接 或 间 接 地 给 水 加 热 。 由 此 产 生 的 热 水 储 存 於 储 水 缸 , 供 之 後 使 用 。 另 外 一 个 方 式 是 采 用 套 装 太 阳 能 热 水 器 , 把 太 阳 能 集 热 器 和 保 温 储 水 缸 组 合 成 一 个 整 体 。

通 常 太 阳 能 热 水 系 统 可 以 满 足 安 装 场 地 本 身 大 部 分 的 热 水 需 求 , 不 足 的 部 分 则 由 电 力 加 热 ( 或 者 燃 气 加 热 ) 补 足 。

香港一个消防局的小型太阳能热水装置。 以上文字说明这张图片。
上 图 ∶ 香 港 一 个 消 防 局 的 小 型 太 阳 能 热 水 装 置

1) 太 阳 能 集 热 器

太 阳 能 集 热 器 是 至 今 最 为 广 泛 应 用 的 太 阳 能 转 换 装 置 。 全 世 界 有 数 以 百 万 计 的 太 阳 能 集 热 器 在 使 用 中 。 太 阳 能 集 热 器 可 以 根 据 其 设 计 分 为 两 大 类 , 即 平 板 式 集 热 器 和 真 空 管 式 集 热 器 。 後 者 又 可 以 分 为 全 玻 璃 型 和 玻 璃 - 金 属 型 。

(a) 平 板 式 集 热 器

平 板 式 集 热 器 包 含 一 个 置 於 隔 热 的 方 形 扁 箱 子 中 的 金 属 吸 热 体 ( 由 铜 或 者 铝 制 成 ) , 并 配 以 玻 璃 或 塑 胶 面 板 。 吸 热 体 通 常 漆 成 黑 色 以 提 高 吸 热 能 力 。 热 传 输 介 质 ( 水 ) 流 动 的 管 道 依 附 著 吸 热 体 , 主 要 由 铜 制 成 。 当 太 阳 辐 射 照 射 到 吸 热 体 的 时 候 , 大 部 分 会 被 吸 收 , 其 馀 的 则 被 反 射 。 被 吸 收 的 热 量 会 传 导 到 热 传 输 介 质 的 管 道 。

平板式集热器。 以上文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。US DOE Solar Energy Technologies Program )

(b) 真 空 管 式 太 阳 能 集 热 器

i. 全 玻 璃 型

全玻璃型真空管式太阳能集热器。 以下文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。US DOE Solar Energy Technologies Program )

集 热 器 由 许 多 平 行 放 置 的 透 明 管 组 成 。 每 一 个 管 子 由 一 个 外 层 玻 璃 管 和 一 个 内 层 玻 璃 管 组 成 。 内 层 玻 璃 管 上 涂 上 了 吸 热 体 涂 层 , 以 充 分 吸 收 太 阳 能 并 尽 量 减 少 热 辐 射 损 失 。 内 层 玻 璃 管 中 放 置 了 导 热 片 及 U 形 管 , 冷 水 在 U 形 管 中 流 动 并 加 热 。 两 层 玻 璃 管 中 间 的 空 气 会 被 抽 走 形 成 真 空 , 以 减 少 热 传 导 损 失 。
ii. 玻 璃 - 金 属 型

玻 璃 - 金 属 型 管 又 可 以 进 一 步 分 为 直 流 式 或 者 热 管 式 。

在 直 流 式 真 空 管 集 热 器 中 , 金 属 翼 状 吸 热 体 被 安 装 在 玻 璃 管 中 。 玻 璃 管 会 被 抽 成 真 空 , 而 水 则 流 动 於 与 吸 热 体 相 附 的 金 属 管 中 。

玻璃-金属型。 以上文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Sun Power Solutions )

在 热 管 式 真 空 管 集 热 器 中 , 在 真 空 的 玻 璃 管 内 的 吸 热 体 会 与 一 个 热 管 相 连 。 热 管 里 被 注 入 低 沸 点 的 工 作 介 质 ( 如 乙 醇 ) 。 热 管 上 端 是 一 个 用 来 进 行 热 交 换 的 冷 凝 泡 。 这 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 装 式 热 水 器 的 储 水 缸 ) 。 吸 热 体 吸 收 的 热 量 会 把 工 作 介 质 蒸 发 , 以 汽 体 形 态 上 升 至 冷 凝 泡 中 。 水 从 循 环 回 路 流 经 歧 管 , 带 走 冷 凝 泡 中 的 热 量 。 冷 凝 後 的 工 作 介 质 随 後 在 重 力 作 用 下 回 到 集 热 区 。

 热管式真空管集热器。 以上文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Beijing Sunda Solar Energy Technology Co. Ltd. )

2) 集 热 器 性 能

太 阳 能 集 热 器 的 特 徵 曲 线 方 程 可 以 是 一 级 方 程 或 二 级 方 程 。
一 级 方 程 ∶ η = ηo - k * ΔT / G
二 级 方 程 ∶ η = ηo - k1 * ΔT / G - k2 * (ΔT)^2 / G

其 中 η
ηo
k
k1
k2
ΔT
G
=
=
=
=
=
=
=
转 换 效 率
温 差 为 0 时 的 最 大 转 换 效 率
热 损 失 系 数 , 单 位 为 瓦 / 平 方 米 · 度
一 次 热 损 失 系 数 , 单 位 为 瓦 / 平 方 米 · 度
二 次 热 损 失 系 数 , 单 位 为 瓦 / 平 方 米 · 度 ^2
吸 热 体 与 空 气 之 间 平 均 温 差 (K)
大 阳 辐 照 强 度 ( 瓦 / 平 方 米 )

每平方米1000瓦的大阳辐照强度下平均温差与转换效率之间关系曲线。 以上文字说明这张图片。

上 图 ∶ 每 平 方 米 1000 瓦 的 大 阳 辐 照 强 度 下 平 均 温 差 与 转 换 效 率 之 间 关 系 曲 线

真 空 管 集 热 器 通 常 比 平 板 式 集 热 器 昂 贵 , 但 是 , 由 於 k 值 比 较 低 , 在 吸 热 体 与 周 围 环 境 温 差 较 大 时 , 真 空 管 集 热 器 的 转 换 效 率 比 较 高 一 些 。

3) 储 水 缸 和 辅 助 设 备

太 阳 能 热 水 系 统 器 通 常 需 要 一 个 隔 热 性 能 优 良 的 储 水 缸 以 储 存 热 水 。 储 水 缸 通 常 设 置 了 辅 助 电 力 加 热 装 置 ( 或 者 燃 气 加 热 装 置 ) , 以 备 在 太 阳 能 集 热 器 的 输 出 不 足 以 满 足 热 水 需 求 的 时 候 给 水 加 热 。 这 种 情 况 通 常 发 生 在 没 有 阳 光 或 者 阳 光 不 足 的 时 候 , 如 夜 晚 、 阴 天 、 或 者 一 年 中 天 气 比 较 冷 的 几 个 月 。

其 他 辅 助 设 备 包 括 控 制 器 、 循 环 泵 、 安 全 装 置 如 温 度 / 压 力 安 全 阀 和 调 温 阀 ( 用 以 混 合 热 水 ) 。 控 制 器 通 过 温 度 感 应 器 来 监 察 集 热 器 和 储 水 缸 的 温 度 , 并 在 适 当 的 温 差 时 启 动 循 环 泵 。 储 水 缸 中 温 度 过 高 或 者 压 力 过 大 的 时 候 , 温 度 / 压 力 安 全 阀 会 把 热 水 排 出 ( 通 过 排 水 管 排 至 去 水 管 道 ) 。 调 温 阀 用 来 控 制 被 送 至 用 户 的 热 水 的 温 度 , 以 避 免 烫 伤 。 此 阀 门 自 动 混 合 热 水 和 自 来 水 , 以 确 保 送 达 用 户 的 水 温 保 持 在 安 全 温 度 以 下 。

4) 太 阳 能 热 水 系 统 常 见 类 型

太 阳 能 热 水 系 统 可 以 根 据 进 水 是 直 接 加 热 , 又 或 者 是 透 过 热 交 换 器 间 接 加 热 , 而 分 为 两 大 类 ∶ 直 接 式 ( 开 环 式 ) 和 间 接 式 ( 闭 环 式 ) 。

(a) 直 接 式 ( 开 环 式 )

在 开 环 式 系 统 中 , 进 水 ( 将 被 使 用 的 水 ) 直 接 流 经 太 阳 能 集 热 器 。

直接式(开环式)。 以下文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Southface )

(b) 间 接 式 ( 闭 环 式 )

在 闭 环 式 系 统 中 , 进 水 不 由 太 阳 能 集 热 器 直 接 加 热 。 特 殊 的 工 作 介 质 ( 如 氟 利 昂 , 丙 二 醇 , 蒸 馏 水 等 ) 在 集 热 器 中 及 闭 环 回 路 中 循 环 流 动 。 此 工 作 介 质 会 流 经 储 水 缸 中 的 热 交 换 器 , 把 热 量 带 到 进 水 中 。

 间接式(闭环式)。 以上文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Southface )

5) 套 装 太 阳 能 热 水 器

市 面 上 也 有 供 应 套 装 太 阳 能 热 水 器 , 该 等 设 备 把 太 阳 能 集 热 器 和 保 温 储 水 缸 组 合 成 一 个 整 体 。 这 种 热 水 器 的 安 装 比 较 简 便 , 因 此 更 加 适 合 小 型 设 施 或 家 庭 使 用 。 套 装 太 阳 能 热 水 器 有 多 种 大 小 尺 寸 可 供 选 择 。 小 型 的 热 水 器 足 以 满 足 两 口 之 家 , 而 大 型 的 可 以 为 8 人 家 庭 提 供 热 水 。 这 类 热 水 器 适 合 於 低 密 度 住 宅 , 如 别 墅 、 独 立 屋 、 村 屋 等 , 因 为 这 类 建 筑 有 相 对 较 多 的 屋 顶 空 间 可 供 安 装 热 水 器 。

套装太阳能热水器。 以上文字说明这张图片。

6) 太 阳 能 热 水 系 统 的 应 用

太 阳 能 热 水 系 统 有 广 泛 的 应 用 范 围 。 它 可 以 适 用 於 有 恒 常 热 水 需 求 的 地 方 , 如 酒 店 、 旅 舍 、 住 宅 或 医 院 。 它 也 适 用 於 体 育 中 心 或 渡 假 村 。 它 还 可 以 用 於 泳 池 水 的 预 热 。 此 外 , 配 备 食 堂 、 洗 手 间 、 浴 室 等 的 少 层 数 办 公 楼 也 可 以 考 虑 安 装 太 阳 能 热 水 系 统 。

此动画说明套装太阳能热水器。以上的段落描述套装太阳能热水器。
   
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