金屬材料平板太陽集熱器結構吸熱性能特征研究

顧黎昊

（江蘇蘇美達成套設備工程有限公司，江蘇 南京 210018）

平板太陽集熱器在為人們提供生活熱水方面發揮了重要的作用，在為人們提供方便的同時也應該讓人們用起來感到方便，具有使用方便的特點，這兩大特點已經成為平板太陽集熱器的重要考慮因素，既能全天候的提供熱水，操作又簡單便捷。從目前的發展來看，全天候的提供熱水還不能實現，在種情況下能夠抵御嚴寒與輔助熱源的太陽能熱水器成為了常見的組合形式[1]。平板太陽集熱器結構的吸熱性能也是研究太陽集熱器的一個較為熱門的話題。傳統材料的平板太陽集熱器，不論是平板型管板式熱水器還是全玻璃材質的熱水器都在吸熱性能方面沒有較為明顯的提升。對于平板太陽集熱器吸熱性能的研究也一直在不斷推進，用不同的材料來對平板太陽集熱器吸熱性能進行研究與實驗[2]。因此，本文以金屬材料平板太陽集熱器結構的吸熱性能為研究方向，對金屬材料平板太陽集熱器結構的吸熱性能特征進行分析與概括，從理論的方面對平板太陽集熱器的吸熱性能提供依據，為我國太陽能熱水器的發展提供新的材料，促進我國平板太陽集熱器的發展。

1 吸熱性能穩定

金屬材料平板太陽集熱器的結構特性具有形態靈活隨意、設計時不受約束能夠較方便的與建筑物進行結合，金屬材料在安裝和維修方面為使用者提供了巨大的便利。金屬材料平板太陽集熱器結構主要有兩種基本構造，這兩種基本構造在實際運用中較為常見，一種是單層“Z”型平板太陽集熱器，另一種是雙層“U”型平板太陽集熱器。這兩種構造個有其自身吸熱性能的特點。

第一種為單層“Z”型金屬材料平板太陽集熱器結構，這種結構在集熱箱內設置了11個分流板，將集熱箱分成了12個相同的小型集熱箱，增加了水儲存的容量與受熱面積的大小。并將平板太陽集熱器內的路徑進行了擴充，將箱內路徑擴充到7500mm，與普通的平板太陽集熱器相比路徑長度擴大了3.5倍[3]，形成了與氣流方向垂直的較長的蛇形通道。在金屬材料平板太陽集熱器中還增加了空氣分流板的設計，設計空氣分流板的目的在于增加傳熱的氣體在集熱器內的停留時間。制作空氣分流板的材料為金屬合金板，利用金屬材料不僅增大了空氣分流板的面積，更提高了平板集熱器的出口溫度，大大的提升了平板太陽集熱器的集熱效率，保證了金屬材料平板太陽集熱器結構的吸熱性能。

雙層“U”型金屬材料平板集熱器屬于雙層結構。在集熱器工作時，一部分氣體從集熱器的正面入口進入，從正面出口流出；另一部分氣體從集熱器的正面入口進入，從背面出口流出。這種金屬材料平板太陽集熱器與單層“Z”型集熱器相比集熱氣體在集熱箱內保留的時間更長，但制作成本更高。這兩種金屬材料平板太陽集熱器各有優勢，需要根據實際情況選擇基本構造。

2 產生熱效率較高

金屬材料平板太陽集熱器結構的特殊性保證了平板太陽集熱器產生的熱效率較其他材料的平板太陽集熱器高，根據金屬平板太陽集熱器的集熱面積的計算方法可以看出。對集熱器的集熱面積的計算使用的方法是逆推法。逆推法類似于歸納法，這種方法是依據已知或假設的關聯性規則和包含這個規則的至少一個預測的觀察。通過對干燥系統每天的排濕量的計算：

在這個公式中，ms表示日均排濕量，K表示干燥系數，即在干燥的過程中蒸發的水量與水量之間的比，t為烘干周期。

在對日均排濕量進行計算后，可以對集熱器的集熱面積進行計算：

其中，F集熱器集熱面積，r表示熱損失系數，Q表示所需熱量，I表示太陽能輻射量，通過這一公式即可算出集熱器的集熱面積，從上述公式中可以看出金屬材料平板太陽集熱器的集熱面積是由逆推法計算而來，從這種方法可以看出集熱面積是由排濕量逆推而來。

另外，由于傳統材料的平板太陽集熱器的結構是由若干根真空管組成的，每根管子之間存在著很大的縫隙，當陽光在照射平板太陽集熱器時，有很大一部分集熱板沒有被太陽光照射到，浪費掉了一大部分的太陽能。而金屬平板太陽集熱器的結構其表面是一個連續且光滑的平面，因此整個集熱器的表面都可以接受到太陽光的照射，能夠最大限度的搜集到太陽能。因此，在相同的采光面積和日照強度下，金屬平板太陽集熱器的日平均效率一般要高于傳統材料的平板太陽集熱器日平均效率6%以上。

3 能夠承受極高溫度

在當前的發展中，城市中一般采用集中供水的方式對居民進行生活用水的輸送，這樣的供水方式產生的水壓較高，這一方式就要求熱水從太陽能出來就要有相當程度的壓力，這樣一來就能夠減少自來水出口與熱水器出口二者之間的壓力差，為廣大城市居民提供最大程度的方便與舒適。良好的承壓性能就能夠保證平板太陽集熱器系統性能的穩定，對于大城市中一些較大型的場所，例如學校宿舍、游泳館、賓館等場所，在對平板太陽集熱器進行使用時，一般需要由許多塊平板太陽集熱器共同組成一個大規模的供水系統來支撐大型場所的用水需求。采用金屬材料平板太陽集熱器結構能夠保證平板太陽集熱器整個大系統的穩定性，傳統材料的平板太陽集熱器，例如真空管等材料無法保證平板太陽集熱器系統的穩定性。因此，在建立大型場所平板太陽集熱器時往往采用金屬材料來完成整個平板太陽集熱器系統的安裝。另外，金屬材料平板太陽集熱器結構較其他材料的平板太陽集熱器簡單，加工非常方便，再生產時也可以使用規模化生產，在減少制作成本和人工資源方面有很大的優勢。金屬材料平板太陽集熱器的使用壽命也較長，具有很多特點。

4 結語

本文對金屬材料平板太陽集熱器結構吸熱性能的特征進行了詳細研究，依托金屬材料，對平板太陽集熱器的吸熱性能進行概括與分析，找到了可代替傳統材料的金屬材料平板太陽集熱器。提升了平板太陽集熱器吸熱性能，促進了平板太陽集熱器的發展，為平板太陽集熱器提供了新的發展方向與思路，并奠定了理論依據。但是本文對于平板太陽集熱器的認識尚不全面。因此，對于金屬材料平板太陽集熱器結構吸熱性能的研究還不完善。在今后的研究中將繼續著眼于平板太陽集熱器吸熱性能，提出更加科學的理論依據。