微通道太阳能平板集热器的集热性能试验
发布时间：2021-04-07 03:38
为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.
【文章来源】：华侨大学学报(自然科学版). 2019,40(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２微通道太阳能平板集热器结构示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｃｒｏ－ｃｈａｎｎｅｌｓｏｌａｒｐｌａｔｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒ
ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｈｄｘｂ．ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ形结构尺寸为２０００ｍｍ×１０００ｍｍ×８０ｍｍ，透明的玻璃盖板采用低铁钢化玻璃，阳光透过率可以达到９５．０％，４个侧面与底部的保温采用聚氨酯发泡保温，导热系数约为０．０５２Ｗ·（ｍ·℃）－１，侧边、底部保温层厚度分别为２０，３０ｍｍ，外框采用轻质的铝制材料．循环工质在单个集热器板中以３流程方式流动，其流动示意图，如图３所示．由图３可知：相较于传统单流程式的循环方式，３流程方式流动可极大地降低不同集热器中流体的图３循环工质流动示意图Ｆｉｇ．３Ｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍｏｆｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄ温差，从而降低热损失．微通道太阳能平板集热器与传统平板集热器相比，具有以下３个优点：１）采用矩形截面的微通道流道，延长循环工质在流道内的停留时间，提高集热器的集热效率；２）微通道与两端集管采用嵌套式连接，与传统使用的焊接式相比，可极大地降低流动热阻；３）吸热板与微通道流道厚度共有７ｍｍ，采用铝制材料，使集热器更加紧凑、轻便，且成本较低．２热传导基本理论２．１传热过程当太阳辐射透过集热器的玻璃盖板后，其能量被涂有黑铬涂层的吸热板吸收，吸收的这部分能量Ｑｓ全部转化为热能，其中，大部分热能传递给微通道内的循环工质，使工质温度升高，通过流动将热量图４平板太阳能集热器热量传递过程Ｆｉｇ．４Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌａｔｐｌａｔｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒ带入水箱，从而
流道内的停留时间，提高集热器的集热效率；２）微通道与两端集管采用嵌套式连接，与传统使用的焊接式相比，可极大地降低流动热阻；３）吸热板与微通道流道厚度共有７ｍｍ，采用铝制材料，使集热器更加紧凑、轻便，且成本较低．２热传导基本理论２．１传热过程当太阳辐射透过集热器的玻璃盖板后，其能量被涂有黑铬涂层的吸热板吸收，吸收的这部分能量Ｑｓ全部转化为热能，其中，大部分热能传递给微通道内的循环工质，使工质温度升高，通过流动将热量图４平板太阳能集热器热量传递过程Ｆｉｇ．４Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌａｔｐｌａｔｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒ带入水箱，从而间接加热水箱中的水．被循环工质吸收的这部分能量称为集热器获得的有用能Ｑｕ，集热器玻璃盖板和保温层表面均以对流和辐射的形式连续不断地向周围环境散失热量，这些向环境散失的热量包括集热器的顶部热损失Ｑｔ、底部热损失Ｑｂ和边缘热损失Ｑｅ，该过程循环往复，直至稳定．具体的传热过程，如图４所示．２．２评价参数２．２．１集热效率平板太阳能集热器的热性能可以用集热效率衡量．在稳态运行工况下，其集热效率定义为在单位时间内，集热器实际获得的有用能与集热器表面所接收的太阳总辐射之比，其计算式为η＝ＱｕＡＩ＝Ｍ·ｃｐ（θｆ，ｏ－θｆ，ｉ）ＡＩ×１００％．（１）式（１）中：Ｉ为太阳辐照度；Ａ为集热器采光面积；Ｍ为集热器循环工质的质量流量；ｃｐ为工质定压比热容；θｆ，ｏ，θ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微细通道集热/蒸发器的太阳能热泵热水系统性能模拟与实验研究[J]. 周伟,张小松. 暖通空调. 2017(10)
[2]太原地区太阳能耦合空气源热泵一体化热水系统性能分析[J]. 黎珍,田琦,董旭. 华侨大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析[J]. 王勇,段广彬,丁海成,卢郁,刘宗明. 可再生能源. 2015(12)
[4]平板太阳能集热器强化传热特性研究[J]. 王勇,段广彬,刘宗明. 材料导报. 2014(19)
[5]流道型式对光热组件传热影响的数值模拟[J]. 江乐新,李雅瑾,江劲松. 广西大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]平板太阳能集热器热性能数学建模及模拟[J]. 卢郁,于洪文,丁海成,张艳丽,刘宗明. 济南大学学报(自然科学版). 2013(03)
[7]我国深加工玻璃的发展与现状[J]. 林鸿宾,徐美君,韩彤. 玻璃. 2010(12)
[8]一种高效平板太阳能集热器试验研究[J]. 李戬洪,江晴. 太阳能学报. 2001(02)
本文编号：3122722
【文章来源】：华侨大学学报(自然科学版). 2019,40(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２微通道太阳能平板集热器结构示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｃｒｏ－ｃｈａｎｎｅｌｓｏｌａｒｐｌａｔｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒ
ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｈｄｘｂ．ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ形结构尺寸为２０００ｍｍ×１０００ｍｍ×８０ｍｍ，透明的玻璃盖板采用低铁钢化玻璃，阳光透过率可以达到９５．０％，４个侧面与底部的保温采用聚氨酯发泡保温，导热系数约为０．０５２Ｗ·（ｍ·℃）－１，侧边、底部保温层厚度分别为２０，３０ｍｍ，外框采用轻质的铝制材料．循环工质在单个集热器板中以３流程方式流动，其流动示意图，如图３所示．由图３可知：相较于传统单流程式的循环方式，３流程方式流动可极大地降低不同集热器中流体的图３循环工质流动示意图Ｆｉｇ．３Ｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍｏｆｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄ温差，从而降低热损失．微通道太阳能平板集热器与传统平板集热器相比，具有以下３个优点：１）采用矩形截面的微通道流道，延长循环工质在流道内的停留时间，提高集热器的集热效率；２）微通道与两端集管采用嵌套式连接，与传统使用的焊接式相比，可极大地降低流动热阻；３）吸热板与微通道流道厚度共有７ｍｍ，采用铝制材料，使集热器更加紧凑、轻便，且成本较低．２热传导基本理论２．１传热过程当太阳辐射透过集热器的玻璃盖板后，其能量被涂有黑铬涂层的吸热板吸收，吸收的这部分能量Ｑｓ全部转化为热能，其中，大部分热能传递给微通道内的循环工质，使工质温度升高，通过流动将热量图４平板太阳能集热器热量传递过程Ｆｉｇ．４Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌａｔｐｌａｔｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒ带入水箱，从而
流道内的停留时间，提高集热器的集热效率；２）微通道与两端集管采用嵌套式连接，与传统使用的焊接式相比，可极大地降低流动热阻；３）吸热板与微通道流道厚度共有７ｍｍ，采用铝制材料，使集热器更加紧凑、轻便，且成本较低．２热传导基本理论２．１传热过程当太阳辐射透过集热器的玻璃盖板后，其能量被涂有黑铬涂层的吸热板吸收，吸收的这部分能量Ｑｓ全部转化为热能，其中，大部分热能传递给微通道内的循环工质，使工质温度升高，通过流动将热量图４平板太阳能集热器热量传递过程Ｆｉｇ．４Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌａｔｐｌａｔｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒ带入水箱，从而间接加热水箱中的水．被循环工质吸收的这部分能量称为集热器获得的有用能Ｑｕ，集热器玻璃盖板和保温层表面均以对流和辐射的形式连续不断地向周围环境散失热量，这些向环境散失的热量包括集热器的顶部热损失Ｑｔ、底部热损失Ｑｂ和边缘热损失Ｑｅ，该过程循环往复，直至稳定．具体的传热过程，如图４所示．２．２评价参数２．２．１集热效率平板太阳能集热器的热性能可以用集热效率衡量．在稳态运行工况下，其集热效率定义为在单位时间内，集热器实际获得的有用能与集热器表面所接收的太阳总辐射之比，其计算式为η＝ＱｕＡＩ＝Ｍ·ｃｐ（θｆ，ｏ－θｆ，ｉ）ＡＩ×１００％．（１）式（１）中：Ｉ为太阳辐照度；Ａ为集热器采光面积；Ｍ为集热器循环工质的质量流量；ｃｐ为工质定压比热容；θｆ，ｏ，θ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微细通道集热/蒸发器的太阳能热泵热水系统性能模拟与实验研究[J]. 周伟,张小松. 暖通空调. 2017(10)
[2]太原地区太阳能耦合空气源热泵一体化热水系统性能分析[J]. 黎珍,田琦,董旭. 华侨大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析[J]. 王勇,段广彬,丁海成,卢郁,刘宗明. 可再生能源. 2015(12)
[4]平板太阳能集热器强化传热特性研究[J]. 王勇,段广彬,刘宗明. 材料导报. 2014(19)
[5]流道型式对光热组件传热影响的数值模拟[J]. 江乐新,李雅瑾,江劲松. 广西大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]平板太阳能集热器热性能数学建模及模拟[J]. 卢郁,于洪文,丁海成,张艳丽,刘宗明. 济南大学学报(自然科学版). 2013(03)
[7]我国深加工玻璃的发展与现状[J]. 林鸿宾,徐美君,韩彤. 玻璃. 2010(12)
[8]一种高效平板太阳能集热器试验研究[J]. 李戬洪,江晴. 太阳能学报. 2001(02)
本文编号：3122722
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