太陽能熱水器集熱原理

1、太陽能集熱原理太陽能熱水器把太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，目前真空管式太陽能熱水器為主，占據(jù)國內(nèi)95%的市場份額。真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱及支架等相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。一、吸熱過程太陽輻射透過真空管的外管，被集熱鍍膜吸收后沿內(nèi)管壁傳遞到管內(nèi)的水。管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上的動力，構(gòu)成一個熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時溫度

2、較低的水沿管的另一側(cè)不斷補(bǔ)充如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度。而平板式熱水器，一般為分體式熱水器，介質(zhì)在集熱板內(nèi)因熱虹吸自然循環(huán)，將太陽輻射在集熱板的熱量及時傳送到水箱內(nèi)，水箱內(nèi)通過熱交換（夾套或盤管）將熱量傳送給冷水。介質(zhì)也可通過泵循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。二、循環(huán)管路家用太陽能熱水器通常按自然循環(huán)方式工作，沒有外在的動力。真空管式太陽能熱水器為直插式結(jié)構(gòu)，熱水通過重力作用提供動力。平板式太陽能熱水器通過自來水的壓力（稱為頂水）提供動力。而太陽能集中供熱系統(tǒng)均采用泵循環(huán)。由于太陽能熱水器集熱面積不大，考慮到熱能損失，一般不采用管道循環(huán)。三、頂水式使用過程平板式太陽能熱水器為頂水方式工作，真

3、空管太陽能熱水器也可實(shí)行頂水工作的方式，水箱內(nèi)可以采用夾套或盤管方式。頂水工作的優(yōu)點(diǎn)是供水壓力為自來水壓力，比自然重力式壓力大，尤其是安裝高度不高時，其特點(diǎn)是使用過程中水溫先高后低，容易掌握，使用者容易適應(yīng)，但是要求自來水保持供水能力。頂水工作方式的太陽能熱水器比重力式熱水器成本大，價(jià)格高。太陽能熱水器分類就其結(jié)構(gòu)來說，大體可分為以下幾類：1、從集熱部分來分：1）玻璃真空管太陽能熱水器可細(xì)分為全玻璃真空管式、熱管真空管式、U型管真空管式。常用的為全玻璃真空管式,其優(yōu)點(diǎn)安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。尤其是帶輔助電加熱功能的太陽能熱水器，它以太陽能為主，電能為輔的能源利用方式使太陽能熱水器全年全天候正常

4、運(yùn)行，環(huán)境溫度低時效率仍然比較高。其缺點(diǎn)在于體積比較龐大、玻璃管易碎、管中容易集結(jié)水垢、不能承壓運(yùn)行。2）平板型太陽能熱水器平板型太陽能熱水器可分為管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圓管式和熱管式。其優(yōu)點(diǎn):具有整體性好、壽命長、故障少、安全隱患低、能承壓運(yùn)行，安全可靠，吸熱體面積大，易于與建筑相結(jié)合，耐無水空曬性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其熱性能也很穩(wěn)定。其缺點(diǎn)由于蓋板內(nèi)為非真空，保溫性能差，故環(huán)境溫度較低時集熱性能較差，采用輔助加熱時相對耗電。環(huán)境溫度低或要求出水溫度高時熱效率較低。如凍壞需更換整個集熱板，適合冬天不結(jié)冰的南方地區(qū)選用。3）陶瓷中空平板型太陽能熱水器陶瓷太陽能板是以普通陶瓷為基體，立體網(wǎng)狀銳鈦

5、黑瓷為表面層的中空薄壁扁盒式太陽能集熱體。陶瓷太陽能板整體為瓷質(zhì)材料，不透水、不滲水、強(qiáng)度高、剛性好，不腐蝕、不老化、不退色，無毒、無害、無放射性，陽光吸收率不會衰減，具有長期較高的光熱轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，陶瓷太陽能板的陽光吸收比為0.95,混凝土結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂?shù)娜盏脽崃繛?.6MJ,遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)。陶瓷太陽能板制造、使用成本低，陽光吸收比不衰減，與建筑同壽命，可以用于與原房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層、結(jié)構(gòu)簡單、保溫隔熱效果好于原房頂、與建筑一體化的混凝土結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂、向陽墻面、陽臺護(hù)欄面，為建筑提供熱水、取暖、空調(diào)；為工農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)提供熱能；可用于荒

6、漠大規(guī)模太陽能熱水發(fā)電、風(fēng)道發(fā)電、海水淡化、苦咸水淡化、變沙漠為農(nóng)田。2、從結(jié)構(gòu)來分類：1）緊湊式太陽能熱水器：就是將真空玻璃管直接插入水箱中，利用加熱水的循環(huán)，使得水箱中的水溫升高，這是市場最常規(guī)的太陽能熱水器。2）分體式熱水器：分體式熱水器是將集熱器與水箱分開，可大大增加太陽能熱水器容量，不采用落水式工作方式，擴(kuò)大了使用范圍。3、從水箱受壓來分：1）承壓式太陽能熱水器：太陽能熱水器的出水是有壓力的。一般為頂水式工作，不一定采用承壓式水箱。2）非承壓式太陽能熱水器：普通太陽能熱水器都是屬于非承壓式熱水器，它的水箱有一根管子與大氣相通，是利用屋頂和家里的高度落差，使用水時產(chǎn)生壓力。其安全性，成

7、本，使用壽命都比承壓式要顯著得多。組成以及制造材料太陽能熱水器是由集熱部件（真空管式為真空集熱管，平板式為平板集熱器）、保溫水箱、支架、連接管道、控制部件等組成。一、集熱器系統(tǒng)中的集熱元件。其功能相當(dāng)于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃?xì)鉄崴鞑煌氖?，太陽能熱水器，利用的是太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在太陽照射度達(dá)到一定值的時候。目前中國市場上最常見的是全玻璃太陽能真空集熱管。結(jié)構(gòu)分為外管、內(nèi)管，在內(nèi)管外壁鍍有選擇性吸收涂層。平板集熱器的集熱面板上鍍有黑銘等吸熱膜，金屬管焊接在集熱板上，平板集熱器較真空管集熱器成本稍高，近幾年平板集熱器呈現(xiàn)上升趨勢，尤其在高層住宅的陽臺式太陽能熱水器方面

8、有獨(dú)特優(yōu)勢。全玻璃太陽能集熱真空管一般為高硼硅3.3特硬玻璃制造，選擇性吸熱膜采用真空濺射選擇性鍍膜工藝。二、保溫水箱儲存熱水的容器。通過集熱管采集的熱水必須通過保溫水箱儲存，防止熱量損失。太陽能熱水器的容量是指熱水器中可以使用的水容量，不包括真空管中不能使用的容量。對承壓式太陽能熱水器，其容量指可發(fā)生熱交換的介質(zhì)容量。太陽能熱水器保溫水箱由內(nèi)膽、保溫層、水箱外殼三部分組成。水箱內(nèi)膽是儲存熱水的重要部分，其用材料強(qiáng)度和耐腐蝕性至關(guān)重要。市場上有不銹鋼、搪瓷等材質(zhì)。保溫層保溫材料的好壞直接關(guān)系著保溫效果，在寒冷季節(jié)尤其重要。目前較好的保溫方式是聚氨脂整體發(fā)泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不銹鋼板。保溫水箱要求保溫效果好，耐腐蝕，水質(zhì)清潔。三、支架支撐集熱器與保溫水箱的架子。要求結(jié)構(gòu)牢固，穩(wěn)定性高，抗風(fēng)雪，耐老化，不生銹。材質(zhì)一般為不銹鋼、鋁合金或鋼材噴塑。四、連接管道太陽能熱水器是將冷水先進(jìn)入蓄熱水箱，然后通過集熱器將熱量輸送到保溫水箱。蓄熱水箱與室內(nèi)冷、熱水管路相連，使整套系統(tǒng)形成一個閉合的環(huán)路。設(shè)計(jì)合理、連接正確的太陽能管道對太陽能系統(tǒng)是否能達(dá)到最佳工作狀態(tài)至關(guān)重要。太陽能管道必須做保溫處理，北方寒冷地區(qū)需要在管道外壁鋪設(shè)伴熱帶，以保證用戶在寒冷冬季也能用上太陽能熱水。五、控制部件一般家用太陽