第一章太陽能光熱系統(tǒng)設(shè)計

1、太陽能光熱系統(tǒng)設(shè)計太陽能光熱系統(tǒng)設(shè)計陳洪濤課程概況 課程名稱：太陽能光熱系統(tǒng)設(shè)計 課程性質(zhì)：專業(yè)限選課程 學(xué)時：30+6 教材：無考核辦法 課程的成績由平時成績和期末考試成績兩部分組成： 1. 1.平時成績包含考勤和實驗，考勤占總成績的平時成績包含考勤和實驗，考勤占總成績的20%20%，無故缺課一次扣，無故缺課一次扣4 4分，扣完為止。實驗分，扣完為止。實驗占總成績占總成績30%30%，視完成情況酌情給分。，視完成情況酌情給分。 2. 2.期末考試，占總成績的期末考試，占總成績的50%50%。 注意：注意：1. 1.考勤缺席總課時三分之一者，取消考考勤缺席總課時三分之一者，取消考 試資格。試資

2、格。 2. 2.實驗不及格者，取消考試資格。實驗不及格者，取消考試資格。 3. 3.作業(yè)缺三分之一者，取消考試資格。作業(yè)缺三分之一者，取消考試資格。 第一章 緒論太陽能熱利用（產(chǎn)品）發(fā)展n初級和推廣應(yīng)用階段初級和推廣應(yīng)用階段 發(fā)展時代 應(yīng)用特點 代表產(chǎn)品示例 產(chǎn)品特點1891-1945年初級階段悶曬式 自覺利用太陽能的初級階段；受世界范圍石油類資源開發(fā)影響發(fā)展緩慢，年銷售量1000臺左右1891年美國肯普發(fā)明第一臺“頂峰”熱水器到1913年貝利改進的防凍功能熱水器，產(chǎn)水溫度40左右，效率低、隔熱性能差。1945-2000年推廣應(yīng)用階段代表產(chǎn)品（一）平板型太陽能集熱器世界能源危機促使日美歐國家重

3、視太陽能開發(fā)應(yīng)用，70年代末世界銷量300萬臺；90年代日美法德以色列等均有上千萬套住宅使用；表面吸收涂層從非選擇性涂層到選擇性吸收涂層，如鋁陽極氧化、鍍黑鎳、鍍黑鉻等。透明蓋板從普通平板玻璃到鋼化玻璃。性能也隨之不斷提高。我國90年代引進加拿大銅鋁復(fù)合條帶吸熱體生產(chǎn)線，開始廣泛應(yīng)用至今；太陽吸收率92%左右、紅外發(fā)射率10%20%。n推廣應(yīng)用階段（一）推廣應(yīng)用階段（一） 發(fā)展時代 應(yīng)用特點 代表產(chǎn)品示例產(chǎn)品特點1975年-至今推廣應(yīng)用階段代表產(chǎn)品（二）全玻璃真空管太陽能集熱器美國歐文斯-伊利諾依（Owens-Illinois)公司發(fā)明并于1975年率先推向市場；清華大學(xué)于1979年初開始研制

4、，1993年起開始實施規(guī)模生產(chǎn)，在我國家用太陽能熱水器行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。吸收率9092%，發(fā)射率8%左右。主要分布在我國；家用一體機占90%市場份額，適用廣大農(nóng)村市場；熱損較小，具有一定抗凍性，國內(nèi)標準化配套廠多，價格低廉，熱容量大。易結(jié)垢，安全可靠性差，壽命短；工程化應(yīng)用不能承壓，抗熱應(yīng)力能力差、維護量大，壽命短不足十年，不易與建筑結(jié)合。n推廣應(yīng)用階段（二）推廣應(yīng)用階段（二） 發(fā)展時代 應(yīng)用特點 代表產(chǎn)品示例 產(chǎn)品特點2000年-至今推廣應(yīng)用階段代表產(chǎn)品（二）真空管改進中產(chǎn)品：U型管式真空管、熱管式真空管、直流管式真空管普通真空管內(nèi)設(shè)置U型導(dǎo)管、導(dǎo)熱翅片或真空管與熱管結(jié)合，以使真空管集熱模

5、塊能承壓運行的集熱器；兩種產(chǎn)品均不能有效解決過熱、熱應(yīng)力破壞、效率低等技術(shù)問題，未能從實驗室走向市場可承壓運行，管內(nèi)不走水，可產(chǎn)中高溫?zé)崴瑹釗p較小，能與建筑結(jié)合；造價高、抗熱應(yīng)力變形能力差、效率較低、安全可靠性差；U型管式真空管悶曬會使翅片氧化破壞，熱管式真空管存在結(jié)垢、換熱不足、過熱爆管等問題；直流管式真空管存在漏氣、翅片氧化破壞等缺點；整體技術(shù)不夠成熟，安全可靠性差、壽命短、造價高；工程應(yīng)用少。n廣泛應(yīng)用階段廣泛應(yīng)用階段 發(fā)展時代 應(yīng)用特點代表產(chǎn)品示例 產(chǎn)品特點2000年-至今廣泛應(yīng)用階段高效平板型太陽能集熱器進入2000年以來，世界范圍內(nèi)的能源危機、環(huán)境污染日趨嚴重，以德國為代表的歐洲

6、國家在平板太陽能應(yīng)用開發(fā)、研究方面已趕超美日。德國技術(shù)的藍膜涂層-磁控濺射金屬陶瓷涂層，吸收率達95%以上，發(fā)射率小于5%，涂層50年衰減率不大于10%，穩(wěn)定性、可靠性達到了幾近完美的程度。磁控濺射金屬陶瓷涂層，吸收率95%以上，發(fā)射率3%-5%，既可作為家用產(chǎn)品配套成一體機、也可量身打造各種分體組合；可設(shè)置于建筑斜屋面、建筑外墻、陽臺等；工程化應(yīng)用方面，為公共建筑、居住建筑提供滿足不同地域氣候特點的中央熱水系統(tǒng)；產(chǎn)品高效、安全、可靠，運行維護簡單，壽命長，全世界90%以上的國家廣泛應(yīng)用，是能源部重點推薦發(fā)展的節(jié)能產(chǎn)品。n全球太陽能熱水器統(tǒng)計數(shù)據(jù)（一）按集熱器的類型，全球太陽能熱水器產(chǎn)品可分為

7、：真空管型太陽能熱水器、平板型太陽能熱水器、其它類型太陽能熱水器。這幾種產(chǎn)品在全球太陽能熱水器總保有量中的比例分別是47%、33%和20%。年安裝量運行保有量總量/MWth總量/(104)比例 總量/MWt總量/(104)比例 世界合計18260260812780018255真空管太陽能熱水器11548165063.359892855646.9平板型太陽能熱水器510773028.042238603433.1其它類型太陽能熱水器16022298.83597366420中國合計126001800630009000真空管太陽能熱水器11340162090平板型太陽能熱水器126018010n全球太

8、陽能熱水器統(tǒng)計數(shù)據(jù)（二） 全球太陽能熱水器產(chǎn)品中，真空管太陽能熱水器主要分布在我國(占全球總量的97)，平板型太陽能熱水器廣泛地分布在歐洲、亞洲、美洲和大洋洲。各國不同類型太陽能熱水器所占市場份額（各國不同類型太陽能熱水器所占市場份額（100%100%）平板型太陽能熱水器真空管型太陽能熱水器n我國我國1998199820092009年太陽能熱水器年生產(chǎn)量、保有量和增長率年太陽能熱水器年生產(chǎn)量、保有量和增長率年份總產(chǎn)量比上年增長（%）保有量比上年增長（%）萬MWth萬MWth19983502450-150010500-199950035004320001400033200064044802826

9、0018200302001820574028320022400232002100070002240002800025200312008400205000350002520041350945012.562004340024200515001050011.17500525002120061800126002090006300020200723001610030108007560020200831002170025.8125008750015.7200942002940035.51450010150016201052005400364003780024331710017300119700121100

10、17.919.3我國我國2001200120092009年三種熱水器市場占有率年三種熱水器市場占有率在太陽能熱水器、電熱水器和燃氣熱水器三種產(chǎn)品的比較中，太陽能熱水器經(jīng)濟、節(jié)能、安全、環(huán)保，隨著減排、低碳時代主題的推進，太陽能熱水器的市場份額逐年提升，至2008年已經(jīng)超過電熱水器、燃氣熱水器的總和，成為熱水器的主體。太陽能熱水器電熱水器、燃氣熱水器n目前主流產(chǎn)品目前主流產(chǎn)品( (集熱器）集熱器）太陽能集熱器太陽能集熱器: :平板型太陽能集熱器平板型太陽能集熱器真空管型太陽能集熱器真空管型太陽能集熱器平板型太陽能集熱器平板型太陽能集熱器黑鉻藍膜特點：1、采用金屬吸熱板芯加熱 工質(zhì)，國內(nèi)鍍膜工藝。

11、2、承壓高。3、抗機械沖擊能力好。4、低溫?zé)嵝实?，熱損大。5、造價低。6、易與建筑結(jié)合。7、抗內(nèi)外熱沖擊性能好。8、適用于強制循環(huán)開式、 閉式和自然循環(huán)式系 統(tǒng)。9、安全、可靠、壽命長。10、適宜南方，環(huán)境質(zhì)量好，風(fēng)小的區(qū)域。特點：1、采用金屬吸熱板芯加熱 工質(zhì)，國外鍍膜工藝。2、承壓高。3、抗機械沖擊能力好。4、低溫?zé)嵝矢撸瑹釗p大。5、造價適中。6、易與建筑結(jié)合。7、抗內(nèi)外熱沖擊性能好。8、適用于強制循環(huán)開式、 閉式和自然循環(huán)式系 統(tǒng)。9、安全、可靠、壽命長。10、適宜南方，環(huán)境質(zhì)量好，風(fēng)小的區(qū)域。真空管型太陽能集熱器真空管型太陽能集熱器熱管式真空管型太陽能集熱器U型管式真空管型太陽能集

12、熱器全玻璃真空管型太陽能集熱器特點：1、在真空管內(nèi)帶有吸收涂層 的吸熱體傳熱至熱管內(nèi)相 變材料加熱工質(zhì)。2、承壓高。3、抗機械沖擊性能差。4、高溫時集熱效率高、熱損 小。5、造價適中。6、可與建筑結(jié)合。7、抗內(nèi)外熱沖擊性能好。8、適用于強制循環(huán)開式、閉 式和用水溫度較高系統(tǒng)。9、安全、可靠、壽命長。10、應(yīng)用范圍廣，不受區(qū)域、環(huán)境等限制。特點：1、工質(zhì)在真空管內(nèi)的金屬 流道內(nèi)循環(huán)加熱。2、承壓高。3、抗機械沖擊性能差。4、中溫時集熱效率高，熱 損小。5、造價適中。6、可與建筑結(jié)合。7、抗內(nèi)外熱沖擊性能好。8、適用于強制循環(huán)開式、 閉式和用水溫度較高系 統(tǒng)。9、安全、可靠、壽命長。 10、應(yīng)用范

13、圍廣，不受區(qū)域、環(huán)境等限制。特點：1、工質(zhì)在真空管內(nèi)直排熱。2、非承壓，抗機械沖擊性 能差。3、集熱效率低、抗過熱能 力差。4、熱損小。5、造價低。6、不易與建筑結(jié)合。7、內(nèi)外熱沖擊時，存在炸 管泄漏的可能。8、適用于強制循環(huán)開式和 自然循環(huán)式系統(tǒng)。9、可靠性不高，壽命短。10、應(yīng)用范圍廣，不受區(qū)域、環(huán)境等限制。太陽能集熱器簡介太陽能集熱器簡介成本低廉、角度任意成本低廉、角度任意層數(shù)靈活、完全排空層數(shù)靈活、完全排空防垢優(yōu)良、除垢容易防垢優(yōu)良、除垢容易防塵明顯、抗風(fēng)高超防塵明顯、抗風(fēng)高超整齊劃一整齊劃一全玻璃真空管集熱器特點：全玻璃真空管集熱器特點：結(jié)構(gòu)簡單易于制作、價格相對較低、環(huán)境溫度低下時

14、效率仍然比較高。材質(zhì)易碎、不能承壓運行、可靠性差。熱管真空管集熱器特點：熱管真空管集熱器特點：耐冰凍熱管抗凍啟動快工質(zhì)熱容小保溫性能好熱二級管承壓能力強金屬流道耐熱沖擊性能好金屬流道易于安裝維修干式連接價格較高、不宜干曬、需要一定角度n我國太陽能利用相關(guān)政策我國太陽能利用相關(guān)政策 2006年，全國人大頒布了中華人民共和國可再生能源法。 2007年4月，國家發(fā)改委下發(fā)了推進全國太陽能熱利用工作實施方案。 2007年5月，國家發(fā)改委、住建部下發(fā)了關(guān)于加快太陽能熱水系統(tǒng)推廣應(yīng)用工作的通知。 2008年10月1日國務(wù)院頒布的民用建筑節(jié)能條例開始實施。條例第4條規(guī)定，有關(guān)地方人民政府應(yīng)當采取有效措施，鼓

15、勵和扶持單位、個人安裝使用太陽能熱水系統(tǒng)等太陽能利用系統(tǒng)。 2009年，財政部、城鄉(xiāng)住房建設(shè)部組織實施一省三市、一省四縣可再生能源示范項目：對于可再生能源應(yīng)用的城市，鼓勵太陽能、熱泵等可再生能源與建筑結(jié)合，中央財政安排專項補助，每個城市補貼5000萬元8000萬元，每個示范城市（地級市）建筑應(yīng)用面積不低于200萬平方米。住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部負責(zé)人表示，今后我國每年將選擇20個城市作為可再生能源的示范城市。 2010年4月1日，中華人民共和國可再生能源法修正案施行，新法進一步確定了國家設(shè)立可再生能源發(fā)展基金等制度。 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國有二十個省市區(qū)和八十多座城市出臺了太陽能強制安裝政策和優(yōu)惠政策，要

16、求新建12層以下建筑必須安裝太陽能熱水系統(tǒng)，有些省市如山東，北京等對集中安裝太陽能熱水系統(tǒng)還直接給予資金補貼。產(chǎn)品產(chǎn)品/ /系統(tǒng)試驗、測試方法系統(tǒng)試驗、測試方法產(chǎn)品標準產(chǎn)品標準工程設(shè)計、安裝、驗收規(guī)范工程設(shè)計、安裝、驗收規(guī)范GB/T14890-1994工作直接日射表的校準方法GB/T19141-2011家用太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)條件GB/T18713-2002太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范GB/T15405-1994被動式太陽房技術(shù)條件和熱性能測試方法GB/T17049-2005全玻璃真空太陽能集熱管GB50364-2005民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)范GB/T17683.1-1999

17、太陽能在地面不同接收條件下的太陽光譜輻照度標準第1部分大氣質(zhì)量1.5的法向直接日射輻照度和半球向日射輻照度GB/T19775-2005玻璃-金屬封接式熱管真空管太陽能集熱管GB50495-2009太陽能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)程GB/T18708-2002家用太陽能熱水系統(tǒng)熱性能試驗方法GB/T6424-2008平板型太陽能集熱器GB26969-2011家用太陽能熱水系統(tǒng)能效限定值及能效等級GB/T20095-2006太陽能熱水系統(tǒng)性能評價規(guī)范GB/T12936-2007太陽能熱利用術(shù)語GB/T24798-2009太陽能熱水系統(tǒng)用橡膠密封件GB/T4271-2007太陽能集熱器熱性能試驗方法GB/T

18、17581-2007真空管型太陽能集熱器GB/T50604-2010民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)評價標準GB/T21889-2009家用空氣源熱泵（輔助）型太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)條件GB/T21888-2009家用太陽能熱水系統(tǒng)控制器n太陽能熱水器國家標準太陽能熱水器國家標準到2013年初，已頒布實施的太陽能熱水器國家標準共有20項。太陽能利用太陽能利用氣象潮汐能海洋溫差波浪能風(fēng)能水力光合成光電光熱發(fā)電發(fā)電動力生物質(zhì)能化石燃料薪柴酒精、沼氣光發(fā)電光分解光化學(xué)電池水分解制氫蒸發(fā)高溫發(fā)電動力低、中溫太陽能間接利用太陽能直接利用F8EDCBAGHKM765432191011121314151691234567

19、8101112KGABCDEFHDRAWNCHKDAPPVDMFGQ.AU NLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:FINISH:DEBUR AND BREAK SHARP EDGESNAMES IGNATUREDATEMATERIAL:W EIGHT:DO NOT SCALE DRAWINGREVISIONTITLE:DWG NO.S CALE:1:1S HEET 1 OF 1A1S olidWorks S tudent License僅

20、供學(xué)術(shù)使用太陽能熱利用太陽能熱利用從溫度范圍分為：從溫度范圍分為：低溫應(yīng)用，小于低溫應(yīng)用，小于100 100 ，如生活用水和采暖。，如生活用水和采暖。中溫應(yīng)用，中溫應(yīng)用，100100300 300 ，如工業(yè)熱和空調(diào)等。，如工業(yè)熱和空調(diào)等。高溫應(yīng)用，大于高溫應(yīng)用，大于300 300 ，如太陽能熱發(fā)電。，如太陽能熱發(fā)電。太 陽 能 低 、 中 溫 熱 利 用太陽池太陽能除濕、空調(diào)、制冷太陽能采暖太陽能干燥太陽灶四季常青運動場工業(yè)用熱生活熱水主、被動太陽房溫室種植、養(yǎng)殖8EDCBAGHKM765432191 01 11 21 31 41 51 69123456781 01 11 2KGABCDEHD

21、 RA W NC H K DA P P V DMF GQ. AUN L E S S O T H E R W I S E S P E C I F I E D :D IM EN S I O N S A R E I N M I L L I M E T E R SSUR F A C E F I N I S H :TO L E R A N C E S : L I N E A R : A N G U L A R :FI N I S H :D EB U R A N D B RE A K S H A R P E D G E SN A M ESI G N A T U R ED A T EM A TE R I A

22、 L :W E I G H T :D O N O T S C A L E D R A W I N GRE V I S I O NTIT L E :D W G N O .S C A L E : 1 : 1S H E E T 1 O F 1A 1SolidWorks Student License僅供學(xué)術(shù)使用全國太陽能資源狀況全國太陽能資源狀況n太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效益太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效益太陽能熱利用是典型的綠色低碳經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)。類太陽能資源區(qū)內(nèi)平均每平方米太陽能熱水器（按75%加權(quán)使用率計算）年可替代標煤為150Kg，相當417kWh電量。按目前我國科技水平和能耗狀況，每平方太陽能熱水器每年

23、可減排二氧化碳322Kg，按0.2元/Kg的環(huán)境效益計算，每年減排的二氧化碳環(huán)境效益為64元人民幣。 太陽能熱系統(tǒng)工作原理太陽能熱水系統(tǒng)由太陽能集熱器、貯熱水箱、泵、循環(huán)管道、輔助熱源、控制系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)由太陽能集熱器、貯熱水箱、泵、循環(huán)管道、輔助熱源、控制系統(tǒng)和相關(guān)附件組成。相關(guān)附件組成。 貯熱水箱容積在貯熱水箱容積在600L600L以下的小型太陽能熱水系統(tǒng)稱之為以下的小型太陽能熱水系統(tǒng)稱之為“家用太陽能熱水系統(tǒng)家用太陽能熱水系統(tǒng)”。 貯熱水箱容積在貯熱水箱容積在600L600L以上的大型太陽能熱水系統(tǒng)稱之為以上的大型太陽能熱水系統(tǒng)稱之為“太陽能集中熱水系統(tǒng)太陽能集中熱水系統(tǒng)”。 家用

24、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能集中熱水系統(tǒng)構(gòu)成沒有根本性的區(qū)別，只是容水量家用太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能集中熱水系統(tǒng)構(gòu)成沒有根本性的區(qū)別，只是容水量不同。不同。家用太陽能熱水系統(tǒng)（戶用太陽能熱水器）太陽能集中熱水系統(tǒng)（民建住宅太陽能熱水工程）家用太陽熱水器工作原理家用太陽熱水器工作原理利用水加熱后的密度差利用水加熱后的密度差系統(tǒng)工作原理簡述系統(tǒng)工作原理簡述 太陽熱水系統(tǒng)是利用太陽輻射能加熱水的裝置，太陽熱水系統(tǒng)是利用太陽輻射能加熱水的裝置，它由集熱器、貯水箱、管道、控制設(shè)備四部分組成。它由集熱器、貯水箱、管道、控制設(shè)備四部分組成。目前，在市場上廣為銷售的家用太陽熱水器，同樣目前，在市場上廣為銷售的家用太陽熱水器，同樣由上述的集熱器等四個部分組成。所以家用太陽熱由上述的集熱器等四個部分組成。所以家用太陽熱水器，實質(zhì)上是一個最小的太陽熱水系統(tǒng)單元，和水器，實質(zhì)上是一個最小的太陽熱水系統(tǒng)單元，和采