平板太陽能熱水器集熱系統(tǒng)及真空管分析
三高"太陽芯"真空管與普通管的區(qū)別在于吸熱膜層不一樣(吸熱膜層是真空管的關(guān)鍵部位)。三高管是干涉膜，普通管是漸變膜。它們的區(qū)別主要表現(xiàn)為干涉膜與漸變膜的區(qū)別。
(1)、根本區(qū)別：膜層結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致吸收太陽光線的原理不一樣。漸變膜，為多層膜，其吸收層一般是9層，它對太陽光線是逐層吸收的，而且其吸收光線的性能逐漸變高。由于這種漸變結(jié)構(gòu)，發(fā)射比隨溫度上升不斷加大，以致工作溫度在300~500℃時，發(fā)射比大大增加。而且吸收層中的鋁離子在高溫狀態(tài)下，活潑性大大增強，并發(fā)生漂移。這樣膜層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生錯亂，導(dǎo)致膜層開始老化。長期處于這種高溫狀態(tài)下，膜層就會脫落，從而影響了真空管的集熱效率和壽命。
(2)、干涉膜，其吸收層共2層，兩層膜之間，因金屬成份的配比不同而產(chǎn)生干涉作用，使吸收比增加，發(fā)射比降低。再加上減反層減少反射的作用，從而實現(xiàn)更高的吸收比和更低的發(fā)射比，大大提高了集熱效率。
(3)、特征：三高管的吸收比提高了12%，發(fā)射比降低了30%-40%，超吸收，熱損少，升溫快。高效管，超吸收，熱效高，升溫快，在同樣的光照條件下，比普通管能出更多更高水溫的熱水;高寒管，因銅離子的發(fā)射比比鋁離子低0.2，因此熱損很少，在高寒環(huán)境下仍能正常工作，-30℃照常出熱水;高溫特效管，因膜層中的不銹鋼離子耐高溫，抗空曬，膜層在400℃條件下不老化、不衰減、不變色。
在相同光照條件下，普通管熱吸收不如三高管高，甚至不能滿足洗浴要求;在溫度較低時，熱損更大，集熱效率下降，影響正常使用;尤其在空曬超過270℃時，膜層開始老化、脫落，吸收率快速降低，壽命大大縮短。
(4)、工藝：高溫特效管、高寒管、高效管分別采用三靶、雙靶、單靶磁控濺射工藝;普通管一般都采用單靶磁控濺射工藝。
(5)、外觀：A、管口，此處膜層在800℃以上高溫狀態(tài)下封口時，脫落一部分是不可避免的。高溫特效管因耐高溫，只有約1厘米長無膜層，而其它管因不耐高溫，膜層脫落長度約2.5厘米。B、內(nèi)管顏色：用肉眼觀察，高溫、高寒管的內(nèi)管顏色為暗紅色(因膜層底層為銅);而高效管和普通管為白色(因膜層底層為鋁)。
平板太陽能熱水器的基本結(jié)構(gòu)
太陽能真空管熱水器迅速發(fā)展起來之后，人們開始把平板太陽能熱水器看成是太陽能真空管的后代。其實，放在市場需求和技術(shù)進步這個大環(huán)境上來看，原來她們卻是一對孿生姊妹。她們各有各的優(yōu)勢，各有各的市場，也各有各的發(fā)展前途。甚至還有人認為平板太陽能熱水器才是未來發(fā)展的方向。于是，我們就有必要認真研究一下它的基本結(jié)構(gòu)。平板太陽能熱水器由吸熱板芯、透明蓋板、保溫材料、貯熱水箱以及外殼支架等五部分組成。
一、是吸熱板芯
吸熱板芯是吸收太陽輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并向水傳遞熱量的關(guān)鍵部件。吸熱板芯的選用材料、結(jié)構(gòu)形式和表面涂料的輻射特性對熱水器性能具有決定性影響。對吸熱板的要求是有一定的承壓能力，與水的相容性好，熱性能高，制造工藝簡單，各項成本合理，運行切實可靠。吸熱板芯的材料,國外基本上都用銅和不銹綱,國內(nèi)一般用銅、鋁合金或鍍鋅板。用金屬作吸熱板芯,在通常溫度范圍內(nèi)，其熱傳導(dǎo)能力較強，但對光的吸收能力卻低于非金屬。為降低反射率，提高吸收性能,需要在金屬表面上制備一層黑色吸收涂層，以使金屬的光吸收率提高到90%以上，從而改善熱水器的吸收效果。吸熱板芯的斷面形狀較多，其中最常見的是管板式、管翼式、扁盒式和瓦楞式等多種形式。我國平板太陽能熱水器大多采用全銅管平板式或銅鋁復(fù)合式，因而熱水器具有壽命長、不生銹、無腐蝕、水質(zhì)清潔和熱效率高等優(yōu)點。
二、透明蓋板
透明蓋板是讓太陽輻射透過，而不讓吸熱板芯產(chǎn)生的遠紅外線透過，從而抑制吸熱板芯表面反射損失和對流損失，使熱水器內(nèi)獲得較高溫升，形成溫室效應(yīng)的主要部件。同時，它還具有防止灰塵和雨雪損壞吸熱板芯的重要作用。透明蓋板應(yīng)滿足透過率高、耐沖擊強度大、具有良好的耐候性、隔熱性能好和便于加工等基本要求。透明蓋板材料有普通平板玻璃、鋼化玻璃、抗老化玻璃鋼和透明塑料板等多種。國內(nèi)常用蓋板材料為普通平板玻璃，它具有透過率高、不易老化、易擦洗等優(yōu)點,主要缺點是容易破碎。出口或高檔產(chǎn)品都使用鋼化玻璃蓋板。在北方使用的集熱器采用雙層蓋板時，一般采用玻璃加聚碳酸酯薄膜。蓋板的層數(shù)由使用地區(qū)氣候條件和工作溫度而定，一般為單層，只有在氣溫較低或工作溫度較高的工況下才采用雙層蓋板，有條件時使用透明蜂窩材料。蓋板與吸熱板的距離應(yīng)考慮大于20mm，距離太小會降低集熱效率。
三、保溫材料
熱水器集熱板芯的底部及四周都需要有保溫層,以減少熱水器向四周環(huán)境的散熱,提高熱水器的工作效率。對保溫材料的基本要求是保溫性能好，耐溫在110℃以上,且不分解、不吸水、不易變形或揮發(fā)、不產(chǎn)生有毒氣體、容量小,便于安裝,價格便宜。保溫材料一般采用聚氨脂、聚苯乙烯、巖棉、礦棉、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等。由于聚氨脂導(dǎo)熱系數(shù)小、耐溫高、不吸水、清潔衛(wèi)生，價格便宜，因而，企業(yè)一般首選聚氨脂做吸熱板芯的保溫材料。為了實現(xiàn)清潔能源和環(huán)保材料的完美結(jié)合，力諾瑞特與霍尼韋爾聯(lián)合開發(fā)不破壞臭氧層的新型環(huán)保發(fā)泡材料，并在全球首家應(yīng)用于太陽能熱水器保溫。由于該材料在性能、價格以及與太陽能熱水器相結(jié)合的適用性等方面，都遠遠高于其它相關(guān)發(fā)泡劑保溫材料，給太陽能熱水器產(chǎn)品的保溫和穩(wěn)定性能帶來極其重要的保障，從而，推動中國太陽能生產(chǎn)進入了符合國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的新時代。
四、貯熱水箱
貯熱水箱是用于儲存熱水的裝置，它具有良好的保溫性能，是太陽熱水器的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)、材料、容量和保溫性能及補水、取水方式都直接影響熱水器的性能和可靠性。水箱外殼的常用材料有壓花鋁板、彩色鋼板、不銹鋼板、鍍鋁鋅硅板和玻璃鋼等，板厚為0.20-0.50mm。由于不銹鋼板易造成光污染，應(yīng)盡量少用或不用。水箱內(nèi)膽的常用材料有不銹鋼板、搪瓷鋼板、防銹鋁、鍍鋅板、玻璃鋼和塑料材料等，厚度為0.55-0.77mm。在貯熱水箱的兩端是端蓋，一般由鋁、鋼和塑料材料壓制而成。水箱的保溫材料有巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯塑料和聚氨酯發(fā)泡塑料。高端產(chǎn)品已開始選用不破壞臭氧層的新型環(huán)保發(fā)泡材料。為保證安全運行，水箱必須承受一定壓力，且保證不漏水、不滲水。承壓水箱額定壓力應(yīng)大于每平方厘米12公斤。太陽能熱水器不但要有一定溫度，還要清潔、衛(wèi)生、無任何污染，達到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，以滿足炊事用熱水的要求。
五、外殼與支架
為了將吸熱板芯、透明蓋板和保溫材料等組成一個要機整體，并保持一定的剛度和強度,便于安裝和運輸，需要一個美觀的外殼。對外殼的基本要求是堅實耐用,抗氣候變化,不變形、重量輕、易加工、外表美觀和價格便宜。外殼一般用鋼板、彩鋼板、鋁型材、不銹鋼板、塑料和玻璃鋼等材料加工制成。支架的作用是支撐太陽能熱水器并使其與建筑實現(xiàn)結(jié)合。從材料上分有鋁合金、不銹鋼、碳鋼噴塑、鍍鋅板沖壓和管型材沖壓支架等。目前大多數(shù)廠家使用前兩種材料，因其具有良好的搞腐蝕能力。太陽能熱水器支架應(yīng)有足夠的強度和鋼度才能確保有足夠的承重能力。在一些日常風(fēng)力較大的地區(qū)，尤其是沿海地區(qū)，還要在設(shè)計時充分考慮抗風(fēng)能力。目前，太陽能已經(jīng)進入3.00時代，實現(xiàn)了與建筑的完美結(jié)合。特別是分體式太陽能熱水器誕生，使集熱器成為建筑的鑲嵌件，水箱不再需要上房頂，因而，支架也就不復(fù)存在了。
太陽能熱水器系統(tǒng)組成主要有哪些部件：
集熱器：系統(tǒng)中的集熱元件，太陽能集熱器是利用的太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在有太陽照射的白晝，目前中國市場普及的全玻璃太陽能熱集真空管和平板，結(jié)構(gòu)分為內(nèi)管、外管、選擇性吸收涂層、吸氣劑、不繡鋼卡子、真空夾層等部分。
保溫水箱：和電熱水箱的保溫水箱一樣，是儲備熱量的容器，因為太陽能熱水器只有白天工作，而人們一般只在晚上用熱水，所以必須通過集熱水箱把白天產(chǎn)出的熱水儲備起來，容積是每天晚上用熱水量的總和，太陽能熱水器保溫水箱保溫效果好、耐腐蝕、水質(zhì)清潔其使用壽命可達20年或以上。
連接管道：將熱水從集熱器輸送到保溫水箱，將冷水輸送到集熱器的通道，使整套系統(tǒng)形用一個閉合的環(huán)路，設(shè)計合理、連接正確的循環(huán)管理對太陽能系統(tǒng)是否能夠達到最佳狀態(tài)至關(guān)重要。熱水管道必須要做保溫處理，管道必須要有很高的質(zhì)量，保證有20年或以上使用壽命。
控制系統(tǒng)：主要用于分體承壓式太陽能熱水器，通過連接太陽能集熱器和分體承壓水箱，將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，它能隨時監(jiān)測系統(tǒng)溫度、壓力、流量等情況，是分體承壓式太陽能熱水器系統(tǒng)的心臟部分。
支架：主要起到一個撐起作用，撐起集熱器讓它面對太陽光線最好方向。
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