太陽主要以電磁輻射的形式給地球帶來光與熱。太陽輻射波長主要分布在0.25~2.5μm范圍內(nèi)。從光熱效應(yīng)來講,太陽光譜中的紅外波段直接產(chǎn)生熱效應(yīng),而絕大部分光不能直接產(chǎn)生熱量。在強烈的陽光下能感覺到溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽光線,從而產(chǎn)生光熱轉(zhuǎn)換的緣故。從物理角度來講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉(zhuǎn)化為熱能。因此為了比較大限度地實現(xiàn)太陽能的光熱轉(zhuǎn)換,似乎用黑色的涂層材料就可滿足了,但實際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長范圍在2~100μm之間,黑體輻射的強度分布只與溫度和波長有關(guān),輻射強度的峰值對應(yīng)的波長在10μm附近[3]。由此可見,太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實現(xiàn)比較好的太陽能熱轉(zhuǎn)換,所采用的材料必須滿足以下兩個條件:①在太陽光譜內(nèi)吸收光線程度高,即有盡量高的吸收率α;②在熱輻射波長范圍內(nèi)有盡可能低的輻射損失,即有盡可能低的發(fā)射率γ。一般來說,對同一波長而言,材料的吸收率和發(fā)射率有同樣的數(shù)值,即吸收率高則相應(yīng)的發(fā)射率也高。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。國產(chǎn)太陽能熱水器總結(jié)
太陽能熱水器是將太陽光能轉(zhuǎn)化為成熱能的加熱裝置,將水從低溫加熱到高溫,以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。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,主要以真空管式太陽能熱水器為主,占據(jù)國內(nèi)95%的市場份額。[1]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)零配件組成,把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能。主要依靠真空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)而得到所需熱水。[2]它還具備全自動靜態(tài)運行,無需專人看管、無噪音、無污染、無漏電、安全可靠,環(huán)保節(jié)能、抗凍性強的特點。江蘇太陽能熱水器代理商常用的控制器是自動上水、水滿斷水并顯示水溫和水位,帶電輔助加熱的太陽能熱水器還有漏電保護。
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、燃氣熱水器不同的是,太陽能集熱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到一定值的時候。目前中國市場上**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鉻等吸熱膜,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有獨特優(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。
顯熱儲能通過物質(zhì)的溫度變化來儲存熱能,儲熱介質(zhì)必須具有較大的比熱容??勺鳛閮峤橘|(zhì)的固態(tài)物質(zhì)有巖石、砂、金屬、水泥和磚等,液態(tài)物質(zhì)則包括水、導(dǎo)熱油以及融熔鹽。與液態(tài)儲熱材料相比,固態(tài)儲熱材料具有兩個特點:①更大的熱能儲存溫度范圍,可以從室溫至1000℃以上的高溫段;②不產(chǎn)生介質(zhì)泄漏,對容器材料的要求低。這幾年主要研究的熱存儲材料有二醇二硬脂酸鹽(Diol-di-stearates)、十水合硫酸鈉(Na2SO4·10H2O)、聚乙二醇4,4二苯基甲烷二異氰酸鹽/**共聚物(PEG/MDI/PE copolymer)、鋁鎂鋅合金(Al-34%Mg-6%Zn)、高密度聚乙烯/石蠟混合物等。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。
但吸收率α與反射率γ及透射率t滿足如下關(guān)系:α+γ+t=1。對于不透明材料由于t=0,則α+γ=1。而對于黑色物體來說,γ=0,則α=1。根據(jù)以上討論可知,***的太陽能光熱轉(zhuǎn)換材料是在太陽光譜范圍內(nèi),即λ<2.5μm,有α≈1(即γ≈0);而在λ>2μm,即熱輻射波長范圍內(nèi),有ε=0(即γ≈1或α≈0),一般將具備這一特性的涂層材料稱為選擇性吸收材料。如不完全滿足以上條件,在熱輻射波長范圍內(nèi)ε值較大,盡管太陽光譜α≈1,仍有很大的熱輻射損失,這類材料通常稱為非選擇性涂層材料。所有選擇性吸收涂層的構(gòu)造基本上分為兩個部分:紅外反射底層(銅、鋁等高紅外反射比金屬)和太陽光譜吸收層(金屬化合物或金屬復(fù)合材料)。吸收涂層在太陽光波峰值波長(0.5μm)附近產(chǎn)生強烈的吸收,在紅外波段則自由透過,并借助于底層的高紅外反射特性構(gòu)成選擇性涂層。在聚光方面,由于日光波長覆蓋范圍大,聚焦用的反射鏡或折射鏡的高反射率或高透射率波長應(yīng)覆蓋300~2500nm,因而鏡面采用新型的納米涂層,從室內(nèi)保溫涂層到太陽鏡上的防反涂層等,這些技術(shù)將集熱器的效率提高了近5%。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)。江蘇太陽能熱水器代理商
隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部,同時溫度較低的水沿管的另一側(cè)不斷補充如此循環(huán)往復(fù)。國產(chǎn)太陽能熱水器總結(jié)
陽光穿過吸熱管的***層玻璃照到第二層玻璃的黑色吸熱層上,將太陽光能的熱量吸收,由于兩層玻璃之間是真空隔熱的,傳熱將大大減?。ㄝ椛鋫鳠崛匀淮嬖?,但沒有了熱傳導(dǎo)和熱對流),絕大部分熱量只能傳給玻璃管里面的水,使玻璃管內(nèi)的水加熱,加熱的水便輕沿著玻璃管受熱面往上進入保溫儲水桶,桶內(nèi)溫度相對較低的水沿著玻璃管背光面進入玻璃管補充,如此不斷循環(huán),使保溫儲水桶內(nèi)的水不斷加熱,從而達到熱水的目的。蓄熱材料主要包括相變儲熱材料、顯熱儲熱材料等。利用相變材料的固-液或固-固相變潛熱來儲存熱能的潛熱蓄熱技術(shù),因具有蓄熱密度大、儲熱過程近似等溫、過程易控制等優(yōu)點而成為目前相當(dāng)有實際發(fā)展?jié)摿?、?yīng)用**多和**重要的蓄熱方式。許多物質(zhì)作為潛在的相變儲熱材料(PCM)已經(jīng)被研究過,但只有部分物質(zhì)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),其中制冷與低溫范圍的技術(shù)與產(chǎn)品相對比較成熟,很多已實現(xiàn)商品化。國產(chǎn)太陽能熱水器總結(jié)
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