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空晒对 太阳能集热器工作效率影响测试研究

发布时间: 2017-12-15

空晒对 太阳能集热器工作效率影响测试研究
中国建筑科学研究院 张昕宇 何涛 郑瑞澄 路宾 李忠
国家太 阳能热水器质量监督检验中心(北京) 黄祝连 张磊 邓昱

摘要 太阳能 热水系统在建筑中应用的越来越普及,太阳能 采暖和太阳能空调系统的工程应用近年来也有发展,由此带 来了在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器的空晒问题,笔者所 在团队结合工作实际,对四种 常见的太阳能集热器空晒前后的工作效率进行了测试,量化了 空晒对集热器工作效率的影响,供设计人员参考。
关键词 空晒 集热器工作效率 太阳能采暖 太阳能空调
1 问题的提出
太阳能 热水系统在建筑中应用越来越普及,为了更好利用太阳能,太阳能 采暖和太阳能空调系统在建筑中开始应用,由于采 暖和空调具有季节性,而太阳 能集热系统是全年吸收太阳能的,由此带 来用热负荷与太阳能供热的不匹配性,会导致 在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器出于没有负荷消耗状态,导致太 阳能集热器由闷晒状态到空晒状态。空晒过 久会导致太阳能集热器的工作效率下降,导致太 阳能系统不能充分发挥应有的节能效果,但是空 晒如何影响太阳能集热器的工作效率过去没有定量的研究,因此,我们结 合科研工作的实际情况,选取了 四种厂家的太阳能集热器进行了空晒前后的太阳能集热器效率测试,量化了 空晒对太阳能集热器效率的影响,供广大 设计人员在设计时参考。
2 测试方案制定
在国家太 阳能热水器质量监督检验中心(北京)接受委 托测试的样品中,我们随 机选择了四种类型的太阳能集热器,进行空 晒前后的太阳能集热器工作效率的测试,样品来 自不同的生产企业,类型涵 盖平板型太阳能集热器,玻璃-金属封 接式真空管型太阳能集热器,热管式 真空管型太阳能集热器和U型管真 空管型太阳能集热器。样品基本参数如下:



太阳能 集热器工作效率的测试依据GB/T4271-2007《太阳能 集热器热性能试验方法》,空晒参照欧洲标准EN12975-2《太阳能 热水系统与部件—太阳能集热器–第二部分:测试方法》,测试所 用仪表均经过计量检定。
3 测试过程
根据国家太 阳能热水器质量监督检验中心(北京)的工作安排,对四块 样品进行了测试,样品最 长的空晒时间为241天,最短空晒时间88天,空晒时 太阳能集热器的安装倾角不同,测试期间,环境温度在24℃以上,详细的 测试周期及期间的气象参数汇总见表1。

4 太阳能 集热器空晒前后的效率变化
图1至图4为四种 类型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器效率曲线对比。
从图1至图4可以看出,空晒之 后所有集热器的热性能均有所下降。空晒前 的太阳能集热器热效率满足国家标准要求,但空晒 后的太阳能集热器热效率均达不到国家标准要求。

空晒前:ηa=0.769-5.055Ti*
空晒后:ηa=0.658-7.669Ti*
图1平板型 太阳能集热器空晒前后效率变化


空晒前:ηa=0.752-2.462Ti*
空晒后:ηa=0.737-4.015Ti*
图2玻璃-金属封 接式真空管型太阳能集热器空晒前后效率变化


空晒前:ηa=0.768-2.361Ti*
空晒后:ηa=0.694-7.910Ti*
图3热管式 真空管型太阳能集热器空晒前后效率变化


空晒前:ηa=0.738-2.444Ti*
空晒后:ηa=0.620-6.438Ti*
图4 U形管型 真空管型太阳能集热器空晒前后效率变化


按采暖 的工况计算空晒前后的集热器效率变化,如太阳 能采暖系统的回水温度为40℃,环境温度按-5℃,太阳能辐照度按600W/㎡考虑,则归一化温差Ti*=0.08(㎡•K/W),计算得 出四种类 型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器的热效率变化见表2。从表2可以看出,在Ti*=0.08(㎡•K/W)时,空晒前 后的太阳能集热器的热效率下降很大。
表2 四种类 型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器的热效率变化(Ti*=0.08(㎡•K/W))

5 结论及建议
以上测 试数据仅对某种太阳能集热器空晒前后的工作效率进行比较,因为生产厂家、生产工 艺等方面的不同,以及空晒时间的不同,不同类 型集热器之间的热性能比较是没有意义的,但是通 过测试数据表明:空晒对 太阳能集热器热效率的影响比较大,因此在 进行太阳能采暖系统和空调系统设计时,应合理制定系统方案,从方案 角度避免集热器处于空晒时间过长。
避免太 阳能集热器出现空晒状况,建议采 用以下几种方式:
(1)首先充分利用太阳能,将收集 到的太阳能全部用掉,这是最好的解决方式;
(2)其次采 用蓄热手段将不能消耗的热量蓄存;
(3)最后考虑采用冷却器,当集热 系统温度过高时,开启冷却器,将多余的热量散出。
张昕宇 男 1975年10月 工程师 北京市北三环东路30号 100013 电话:010-84278906-820 传真:010-84288287 zxyhit@163.com
本研究项目受到“十一五”国家科 技支撑计划项目(项目号: 2006BAJ04A05,2006BAJ04A03)和中国 建筑科学研究院建筑安全与环境国家重点实验室项目(编号2008010933730005)的资助。


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