金属管道太阳能集热器及应用综述

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1、金属管道太阳能集热器及应用综述太阳能热利用产品无论是家用太阳能热水器，还是集中式太阳能热水工程，都无一例外地是某一建筑物的配套设施，而且绝大多数还要安装在这一建筑物或邻近建筑物上面。所以，“太阳能与建筑一体化”是太阳能热利用行业发展方向的最佳选择，也是无法回避的唯一选择。   但目前我国太阳能集热产品中，占绝对主导地位的全玻璃真空管集热器，在与建筑物的结合方面却存在一系列问题：运行安全问题——玻璃管直接与被加热流体接触，由于玻璃易碎易裂，极易造成系统瘫痪；密封可靠问题——玻璃管与金属容器的密封只能靠硅胶圈，其寿命及密封可靠性不能满足建筑行业需要；结垢清理问题——由于玻璃管是盲管形式，流体在

2、玻璃管中的加热温度又恰恰在钙、镁离子易于氧化析出的范围，水垢沉积清理问题很难解决；承压运行问题——硅胶密封及玻璃的脆性都决定了系统不能承压运行，限制了承压式热水器及大型系统的应用；集热器寿命问题——玻璃管的绝热性能依赖真空夹层，真空度的保持年限无法达到建筑行业要求。以上这些问题，决定了全玻璃真空管很难建材化。也就是说，为了实现“太阳能与建筑一体化”，我们必须开发研制不同于玻璃流道集热器的新型太阳能集热器，来全部或部分解决上述问题，这就是金属流道集热器概念的提出。金属流道集热器简介   金属流道集热器，就是被加热流体只接触金属管道或容器，不接触玻璃，从而具备了不易泄露、密封可靠、可承压、运行

3、安全、寿命可满足建筑行业要求等特点的太阳能集热设备。   金属流道集热器的种类主要有金属板芯平板集热器、热管-真空管集热器、U型管-真空管集热器、金属内胆的闷晒式集热器四大类。其中闷晒式集热器由于结构笨重，热水保温问题不易解决，目前应用较少。1、平板集热器   平板集热器是较早应用的一种太阳能集热器，由于其结构形式及性能特点最易于建材化，一直是发达国家集热器形式的首选。在经历了很长的发展历程后，其内部结构、材料选择及组装技术均达到了很成熟的水平，如今仍是发达国家太阳能热利用产品中占绝对主导地位的集热器形式，相信也是我国未来与建筑一体化的太阳能热利用行业主导产品。   平板集热器的缺点是在低

4、温环境中，透过盖板玻璃的散热损失较大，导致整个集热器效率降低。这一问题是其本身结构造成，不易解决。但由于其在金属流道集热器中，单平米成本最低，而寿命最长，且在世界大部分地区，平板集热器全年总得热量高于其他形式集热器，所以不仅在非上冻地区普遍应用，就是在上冻地区，只要是强制循环系统，可以很方便地解决防冻问题，平板集热器仍被普遍采用。2、热管-真空管集热器   热管是一种高效导热元件，安装在全玻璃真空管中。热管和玻璃真空管之间有与二者紧密接触的金属翅片，将玻璃管转换的太阳能热量传导给热管蒸发段，热管再利用内部真空状态下工质的蒸发吸热和放热冷凝，将这一热量传导到被加热流体中。这样既实现了玻璃管不

5、直接接触被加热流体，解决了全玻璃真空管集热器的一系列缺点，又保留了全玻璃真空管在低温环境中散热少，加热工质温度高的优点。尤其是热管工质一般凝固点低，可保证在气温低于0℃的环境中不冻坏，在不能进行排空防冻的自然循环系统中，热管-真空管式集热器更具明显优势。   热管-真空管集热器的缺点是热量转换带来一定的热效率降低，同时有双真空结构所带来的结构复杂及造价高问题。当然结构复杂本身也极易导致装置的可靠性和寿命问题。目前无论国外还是国内太阳能行业所用热管，都还有很大改进空间，如能在制作及检验技术上更进一步，热管-真空管集热器将是一种非常有前途的集热器形式。   热管-真空管集热器有封装式和插入式两

6、种，前者的问题是造价高和真空度降低快，后者的问题是转换效率低。3、U型管-真空管集热器   U型管-真空管集热器是在全玻璃真空管中插入弯成U型的金属管，在U型金属管和全玻璃真空管之间，同样有与二者均紧密接触的金属翅片，担负二者之间的热传导工作，被加热流体在金属管中流过，吸收全玻璃真空管收集的太阳能热量而被加热，从而构成U型管-真空管太阳能集热器。   U型管-真空管集热器和热管-真空管集热器一样，既实现了玻璃管不直接接触被加热流体，又保留了全玻璃真空管在低温环境中散热少，加热工质温度高的优点，同时还避免了热管-真空管集热器双真空结构带来的一系列问题。同时由于被加热流体是在玻璃管中被加热，热

7、量转换得更直接，整体效率也高于热管-真空管集热器。   它的主要问题是以水为工质时，仍存在金属管冻裂和集垢问题，所以一般用于双循环系统及强制循环系统。金属流道集热器应用以下介绍几种常见的金属流道集热器应用。1.承压自动式家用太阳能热水器   目前市场上常见的家用热水器是非承压落水式，即水箱内胆不能承受压力（通常为厚度0.5mm的不锈钢板焊接），手动上水，靠水箱内水的自重下落出水。如要实现自动上水，就要依赖电磁阀和控制器；