太陽能光熱系統(tǒng)課件

1、太陽能光熱系統(tǒng)沈陽工程學(xué)院劉莉瑩第三章 太陽集熱器3.1 概述3.2 太陽能熱利用中的傳熱學(xué)基礎(chǔ)3.3 太陽能集熱器的分類3.4 平板型太陽能集熱器3.5 真空管太陽能集熱器第三章第三章 太陽集熱器太陽集熱器3.1 概述3.1 概述3.2.1 熱量傳遞的基本方式熱量傳遞的基本方式3.2 太陽能熱利用中的傳熱學(xué)1.1.熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）Heat conductionu 熱傳導(dǎo)的定義熱傳導(dǎo)的定義 u 平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 tw1tw2 :C)(mW2mW:21wwtttC2mW tA2 mWtAq氣體液體非金屬固體金屬; )(398CmW純銅; )(6 . 0CmW水）（空氣

2、CCmW20 )(026. 0 C)(mW tqtA :/RC W WttAA2.2.熱對流熱對流 Heat convection21() pmcttW m 2mW2W (mC)2mwt Cft Ch() WwfhA tt2() W m wfqh ttAh ()wfhA ttC)(mW2 hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrh4 W A T T K-824=5.67 10 W (m K )A2m 4 W A T T1T2QA 4412()bATT 3.2.2 太陽輻射的吸收、反射和透射 太陽透射在物體上時，發(fā)生吸收、反射和透射，據(jù)能量守恒，有1太陽吸收比太陽

3、吸收比反射比反射比透射比透射比四種反射表面 1.鏡反射表面 2.漫反射表面 3.鏡-漫反射表面 4.混合型反射表面 問題：問題：冬天、夏天，屋內(nèi)都開空調(diào)（假設(shè)都冬天、夏天，屋內(nèi)都開空調(diào)（假設(shè)都是是20），屋內(nèi)溫度一樣，但穿衣不一樣。），屋內(nèi)溫度一樣，但穿衣不一樣。為什么為什么？3.3 太陽集熱器分類3.3 太陽集熱器分類3.3 太陽集熱器分類3.3 太陽集熱器分類3.3 太陽集熱器分類3.4 平板太陽能集熱器3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)1. 結(jié)構(gòu)圖3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本

4、結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)對透明蓋板的技術(shù)要求對透明蓋板的技術(shù)要求高透射比高透射比紅外透射比低紅外透射比低導(dǎo)熱系數(shù)小導(dǎo)熱系數(shù)小沖擊強度高沖擊強度高耐候性能好耐候性能好3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)普通平板玻璃普通平板玻璃優(yōu)點：紅外透射比低、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐候性能好優(yōu)點：紅外透射比低、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐候性能好缺點：太陽透射比低、沖擊強度低易破碎缺點：太陽透射比低、沖擊強度低易破碎玻璃鋼玻璃鋼優(yōu)點：太陽透射比高、導(dǎo)熱系數(shù)小、沖擊強度高、優(yōu)點：太陽透射比高、導(dǎo)熱系數(shù)小、沖擊強度

5、高、 質(zhì)量輕、易加工質(zhì)量輕、易加工缺點：壽命差缺點：壽命差3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.1 平板集熱器基本結(jié)構(gòu)3.4.2 集熱器的基本能量平衡方程3.4.3 集熱器總熱損系數(shù)總熱損系數(shù)定義總熱損系數(shù)定義 集熱器中吸熱板與周圍環(huán)境的平均傳熱系數(shù)。集熱器中吸熱板與周圍環(huán)境的平均傳熱系數(shù)。3.4.3 集熱器總熱損系數(shù)集熱器頂部熱損失主要有對流和輻射兩種集熱器頂部熱損失主要有對流和輻射兩種吸熱體與透明板蓋之間的對流和輻射傳熱吸熱體與透明板蓋之間的對流和輻射傳熱透明板蓋和外界的對流和輻射透明板蓋和外界的對流和輻射 頂部散熱一般是在這三種散熱中比例最大的頂部散熱一般是

6、在這三種散熱中比例最大的計算方法：計算方法：kleinklein經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 教材教材p45p453.4.3 集熱器總熱損系數(shù)3.4.3 集熱器總熱損系數(shù)3.4.3 集熱器總熱損系數(shù)23.4.3 集熱器總熱損系數(shù)3.4.3 集熱器總熱損系數(shù)3.4.3 集熱器總熱損系數(shù)3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線集熱器的效率方程QA =AG(）eQL= AUL(tp-ta) G表示太陽輻射度A表示集熱器面積(）e表示透明蓋板透射比與吸熱體吸收比的有效乘積 UL 散熱器總熱損系數(shù)集熱器的效率方程QU =AG(）e -AUL(tp-ta) 集熱器效率定義：在穩(wěn)態(tài)（準穩(wěn)態(tài)）條件下，集熱器傳熱工質(zhì)在規(guī)定時段

7、內(nèi)輸出的能量與規(guī)定的集熱器面積和同一時段內(nèi)入射在集熱器上的太陽輻照量的乘積之比。 = Q = QU U/AG/AG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GGGGG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GGGG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GGGGG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GGG熱效率因子熱效率因子物理意義物理意義 集熱器集熱器實際輸出的能量實際輸出的能量與與假定整個吸熱板處于假定整個吸熱板處于工質(zhì)平均溫度時輸出的能量工質(zhì)平均溫度時輸出的能量之比之比熱轉(zhuǎn)移因子熱轉(zhuǎn)移因子物理意義物理意義 集熱器集熱器實際輸出的能量實際輸出的能量與與假定整個吸熱

8、板處假定整個吸熱板處于工質(zhì)進口溫度時輸出的能量于工質(zhì)進口溫度時輸出的能量之比之比3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GGG 以三種溫度表示的集熱器效率方程以三種溫度表示的集熱器效率方程3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線tp 集熱板溫度集熱板溫度tfi 集熱板集熱板 中流體入口溫度中流體入口溫度FRtfm 集熱板流體平均溫度集熱板流體平均溫度F GGG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線GGGG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線G1某平板太陽能集熱器的效率曲線以入口溫度某平板太陽能集熱器的效率曲線以入口溫度表示，該曲線上

9、有兩個數(shù)據(jù)點為（表示，該曲線上有兩個數(shù)據(jù)點為（0.03，0.7）和（和（0.005,0.8）。已知測量時的太陽輻照度為）。已知測量時的太陽輻照度為1200/W，環(huán)境溫度為，環(huán)境溫度為20。（1）試畫出該效率曲線。）試畫出該效率曲線。（2）確定該平板集熱器的最大效率和可以達到）確定該平板集熱器的最大效率和可以達到的最高入口溫度。的最高入口溫度。2. 分別畫出以三種歸一化溫度表示的集熱器熱分別畫出以三種歸一化溫度表示的集熱器熱效率曲線，說明其物理意義。效率曲線，說明其物理意義。3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線一一GGG3.4.4 集熱器效率方程及效率曲線3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.

10、4.5 平板型集熱器的熱性能試驗GG3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗GGG3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3.4.5 平板型集熱器的熱性能試驗3. 5 真空管太陽集熱器3. 5 真空管太陽集熱器3. 5.1 全玻璃真空管集熱器3. 5.1 全玻璃真空管集熱器3. 5.

11、1 全玻璃真空管集熱器3. 5.1 全玻璃真空管集熱器如何判斷全玻璃真空如何判斷全玻璃真空管集熱器的好壞？管集熱器的好壞？3. 5.1 全玻璃真空管集熱器3. 5.1 全玻璃真空管集熱器3. 5.1 全玻璃真空管集熱器全玻璃真空管的熱性能測定全玻璃真空管的熱性能測定1.1.空曬性能參數(shù)的測定空曬性能參數(shù)的測定 定義：空曬溫度與環(huán)境溫度之差與太陽輻照定義：空曬溫度與環(huán)境溫度之差與太陽輻照度的比值。度的比值。 空曬性能參數(shù)空曬性能參數(shù)Y Y值大于或等于值大于或等于 190m190m2 2/kW/kW，方為合格，越大越好，方為合格，越大越好2.2.悶曬曝輻量悶曬曝輻量 定義：充滿真空集熱管的水的溫度

12、升高一定溫度定義：充滿真空集熱管的水的溫度升高一定溫度范圍所需的太陽輻照量。范圍所需的太陽輻照量。 太陽輻照度太陽輻照度G800W/mG800W/m2 2, ,環(huán)境溫度環(huán)境溫度8Ta30,8Ta30,真空集熱管以水為傳熱工質(zhì)，初始溫度不低于環(huán)境溫真空集熱管以水為傳熱工質(zhì)，初始溫度不低于環(huán)境溫度，悶曬至水溫升高度，悶曬至水溫升高3535所需的太陽輻照量所需的太陽輻照量 罩玻璃管外經(jīng)為罩玻璃管外經(jīng)為47mm47mm，H3.7MJ/mH3.7MJ/m2 2。 罩玻璃管外經(jīng)為罩玻璃管外經(jīng)為58mm58mm，H4.7MJ/mH4.7MJ/m2 2。3. 5.1 全玻璃真空管集熱器3.3.平均熱損系數(shù)平均

13、熱損系數(shù) 定義：在無太陽輻照的條件下，真空集定義：在無太陽輻照的條件下，真空集熱管充滿的熱水平均溫度與平均環(huán)境溫度每熱管充滿的熱水平均溫度與平均環(huán)境溫度每相差相差11時，經(jīng)吸熱體單位表面積散失的熱時，經(jīng)吸熱體單位表面積散失的熱流量。流量。 真空集熱管的平均熱損真空集熱管的平均熱損 系數(shù)系數(shù)ULT0.85W/(mULT0.85W/(m2 2.).)3. 5.1 全玻璃真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器熱管式真空管的熱性能測定熱管

14、式真空管的熱性能測定空曬性能參數(shù)的測定空曬性能參數(shù)的測定 定義：空曬溫度與環(huán)境溫度之差與太陽輻照定義：空曬溫度與環(huán)境溫度之差與太陽輻照度的比值?？諘駵囟龋涸谝?guī)定條件下，熱管冷凝度的比值?？諘駵囟龋涸谝?guī)定條件下，熱管冷凝段達到的最高溫度。段達到的最高溫度。 Y Y( (T Tp p 一一 T T a a )/ G = )/ G = 0.195 m0.195 m2 2/W/W3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.2 熱管式真空管集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.3 其他形式金屬吸熱體集熱器3. 5.4 熱管式真空管集熱器3. 5.4 熱管式真空管集熱器熱管式真空管集熱器的熱性能測定熱管式真空管集熱器的熱性能測定1.1.瞬時效率曲線瞬時效率曲線2.2.集熱器面