62、全玻璃真空管集热器

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1、第六章真空管太阳能集热器10/23/20211项目汇报6.1、概述为了减少太阳能集热器的传导、对流和辐射等的换热损失，国外很早就有人提出“真空集热器”的设想。所谓“真空集热器”，就是将吸热体与透明盖板之间的空间抽成真空的太阳能集热器。10/23/20212项目汇报就平板型太阳能集热器而言：传导热损失是由底部和侧面隔热层通过导热换热向环境散热；对流热损失是由吸热板与透明盖板之间的空气通过对流换热向环境散热；辐射热损失是由吸热板与透明盖板之间以及透明盖板与天空之间通过辐射换热而向环境散热。所以，减少热损失的一大措施---抽真空。6.1、概述10/23/20213项

2、目汇报6.1、概述将吸热板与透明盖板之间的空间抽成真空有两大困难：平板形状的透明盖板很难承受因内部真空而造成外部空气如此巨大的压力，1㎡的盖板上将有10000kg左右的压力；方盒形状的集热器很难达到气密性的要求。10/23/20214项目汇报6.1、概述从受力情况和密封工艺这两个角度出发，将太阳能集热器的基本单元做成圆管形状是非常科学的，这就是目前所说的“真空管集热器”。每台真空管集热器是由若干支真空集热管组成的，因而真空管集热器按照吸热体的材料种类可分为两大类：全玻璃真空管集热器---吸热体由内玻璃管组成的真空管集热器；金属吸热体真空管集热器---吸热体由金

3、属材料组成的真空管集热器，也称为金属-玻璃真空管集热器。10/23/20215项目汇报6.2、全玻璃真空管集热器（一）全玻璃真空集热管的基本结构全玻璃真空集热管采用一端开口，其内玻璃管与外玻璃管的一端进行环状融封；另一端密封成半球形圆头，内玻璃管用弹簧支架支撑，而且可以自由伸缩，以缓冲它热胀冷缩引起的应力；内玻璃管与外玻璃管之间的夹层抽成高真空。全玻璃真空集热管又称为“杜瓦管”。内玻璃管的外表面制备有选择性涂层，弹簧支架上装有消气剂，用于吸收真空集热管运行时产生的气体，保持管内真空度。全玻璃真空集热管结构示意图10/23/20216项目汇报6.2、全玻璃真空管

4、集热器（一）全玻璃真空集热管的基本结构全玻璃真空集热管所用的玻璃材料应具有太阳透射比高、热稳定性好、热膨胀系数低、耐热冲击性能好、机械强度较高、抗化学侵蚀性较好等特点，经理论分析和实验证明，硼硅玻璃3.3是生产制造全玻璃真空集热管的首选材料；确保真空集热管的真空度是提高产品质量、延长使用寿命的重要指标。真空集热管内的气体压强越低，说明其真空度越高；全玻璃真空集热管要求其选择性吸收涂层有高的太阳吸收比、低的发射率、良好的真空性能、耐热性能，同时又能尽量抑制吸热体的辐射热损失。目前我国绝大多数生产企业采用铝-氮/铝选择性吸收涂层。10/23/20217项目汇报6.

5、2、全玻璃真空管集热器（二）全玻璃真空集热管的热性能分析假设透射到集热管上的太阳辐照能量为QA,透过外玻璃管壁，被管壁吸收和反射部分能量，剩下大部分将透过内外管壁之间的真空夹层，到达内玻璃管壁外表面的涂层，大部分为涂层所吸收。涂层吸收太阳辐照能后，加热内玻璃管壁，使玻璃管壁温度升高，热量经热传导传给储于内玻璃管内的冷流体，通过管壁与流体间的自然对流换热为流体所吸收，成为有用的能量QU。两管之间的夹层为高真空，因此只存在辐射换热，构成外玻璃管壁向环境产生的热损失QL。10/23/20218项目汇报6.2、全玻璃真空管集热器（二）全玻璃真空集热管的热性能分析根据能

6、量守恒定律，在稳定工况下，真空集热管的能量平衡方程为：式中，QA为透射在集热管上的太阳辐照能量，W；QU为同一时段内集热管输出地有用能量，W；QL为同一时段内集热管对周围环境散失的热量，W。10/23/20219项目汇报6.2、全玻璃真空管集热器（二）全玻璃真空集热管的热性能分析(1)透射到集热管上的总太阳辐照度Ieff透射到集热管上的总太阳辐照度Ieff，包括四个部分：集热管正面的直射太阳辐照度Ibt从正面透射到集热管上的直射太阳辐照度Ibt为：式中，Ibn为法向直射辐照度，W/㎡；it为直射辐照对集热管的入射角，度；G（Ω）为遮挡系数，无因次；为集热管透射

7、比和吸收比的有效乘积，无因次。10/23/202110项目汇报6.2、全玻璃真空管集热器（二）全玻璃真空集热管的热性能分析上式中的直射辐射对集热管的入射角it,即为阳光入射线在集热管横截面上的投影与阳光入射线之间的夹角。若集热管为南北向放置，则：式中，β为集热器漫反射板与水平面的夹角，即集热器的安装角度，度；为地理纬度，度；为太阳赤纬，度；为时角，度。若集热管为东西向放置，则：10/23/202111项目汇报6.2、全玻璃真空管集热器（二）全玻璃真空集热管的热性能分析遮挡系数G（Ω），即为考虑相邻集热管之间对入射阳光的遮挡影响。遮挡角Ω定义为阳光入射线在集热管

8、横截面上的投影与集热器板法线方向的夹角