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太阳能集热器以其节能环保、结构简单、便于维护等优点已在全球得到了广泛应用。目前,按集热器类型分,应用广泛的太阳能热水器产品主要为真空管式和平板式两大类。尽管真空管式具有真空保温的突出优点,技术成熟,但其主要类型全玻璃管太阳能热水器存在炸管、结垢、不承压、不易建筑一体化等缺陷;平板式以其承压、热效率高、免维护、寿命长等优点,并随着对太阳能建筑一体化的要求越来越高而将成为未来太阳能热水器发展趋势。然而,现有普通平板式有诸多问题需要解决:(1)管内结垢问题。(2)管内结冰问题。(3)管内空气腐蚀问题。(4)表面热损大。此外现有热管式太阳能集热器存在成本高、可靠性低等缺陷。总之,目前应用的各种太阳能集热器在抗冻能力、热效率、工作可靠性上存在着这样或那样的缺陷,从而使得应用上受到较大的限制,降低了太阳能利用的推广和发展。因此开发高效、不受地域限制、易于建筑一体化、高技术经济性能的新型平板式太阳能集热器对推动太阳能热水器行业发展,从而促进国家节能减排工作顺利进行、提高人民生活质量、实现可持续发展等方面具有重大意义。
本文利用二维微通道阵列平板热管,首次提出了全新平板微热管式太阳能集热技术,测试了平板微热管基本性能,将其应用于平板太阳能热水器,研制成功了新型平板热管式太阳能集热器及其热水系统。本文主要工作如下:
1.热管机理与平板集热器性能理论分析;
2.平板微热管设计与制作;
3.平板微热管进行基本性能测试实验;
4.设计新型平板微热管太阳能集热器并加工实现;
5.从户外实验入手,测试了应用不同涂层的集热器和热水器性能,并进行性能分析;
6.开发其他类型如玻璃平板热管式太阳能集热器等系列样机。
实验结果表明平板微热管基本性能优良,等温性能很好,每米长温降小于1℃,热响应时间短,5s以内。新型平板微热管式太阳能集热器瞬态效率高达87.97%,热损系数为4.74W/m2K,相应热水系统日平均效率超过70%,有效得热量高出国家标准70%,且不受时域和地域限制,并具有成本低、抗冻、承压、紧凑、轻巧、不结垢、适合建筑一体化等优点,整体性能优越,应用前景极其广阔。