密闭呼吸型平板太阳能集热器1..doc

PAGE 1 密闭呼吸型平板太阳能集热器 高元运 (金川集团·甘肃金川太阳能有限公司 金昌 737100) 摘 要： 分析现有平板集热器腔体结构缺陷，提出密闭呼吸型腔体结构技术理念，给出密闭呼吸型平板太阳能集热器的技术解决方案 关键词：平板太阳能集热器；密闭；呼吸。 0引言 平板太阳能集热器的物理模型可抽象为一个腔体围护着一个集热体，该集热体通过对太阳辐射的透过、吸收、传热和绝热，由液体或气体介质得到其有效热量。对于这样的平板太阳能集热器，其热工理论十分经典和完美，试验方法也很成熟和完善；在国外发达国家中，由于透过及吸收材料的高性能和双回路的应用克服了平板集热器不能抗冻的缺陷，使平板集热器成为高效可靠的热利用核心基础器件而得到广泛的应用，其份额占到90% 以上；在中国，随着建筑一体化和工程化应用的迅猛需要，平板集热器也快速发展，近几年随着透过、吸收材料和板芯焊接技术的进步，平板集热器集热体的质量普遍得到大幅提高。然而与大家共同关注集热体材料、结构和性能提高并卓有成效的同时，平板集热器的围护腔体却相对被少了关切，造成目前集热腔体普遍不密闭的现实，所以国内外平板集热器的产品要求与使用方法标准的相关条款也不得不按非密闭集热器作为对象来进行编写，如淋雨试验、欧标特有的负压试验的要求和试验方法等。对因此而带来的问题，如水雾，吸收表面白班等明显可见的现象，已引起国内外同行的注意，这些与次生效应一起会对对集热器的集热体取得的热性能和可靠性产生不良影响和恶劣后果，已有不少的企业对此采取对策以图改进，但只是一些零散的作法，如简单的加个透气管等，总体还处于迷茫和摸索阶段。丹麦学者10年研究结果认为，如集热器密封良好，其涂层寿命可达30-40年，否则只有5-10年。可见平板集热器的密闭是何等的重要。笔者为此进行了近三年的工作，对此有了一些初步系统完整的理念、方法和结果，认识到要解决好平板集热器围护腔体的问题，总结起来就是个八个字：腔体密闭；可控呼吸。故本文暂不涉及集热体热性能提高问题，仅就集热腔体进行阐述，以就教于同行和交流，其中基础核心技术已申请和受理了专利。 1 平板集热腔体的缺陷与问题 1.1 平板集热腔体缺陷的实质性分析 平板集热器腔体缺陷的一个最普遍最直观的表象就是水雾，它是水分受热蒸发，遇冷凝结为弥漫的水珠而形成的；这种水分的来源有三个： 1）残余水分：集热腔体内的材料（特别是绝热材料）因与环境湿度平衡后所吸收的平衡水分在其被封装时带入腔体以内，在潮湿地区（如中国的两广和江浙） 此种残余水分就会更多，而在干燥地区（如中国的西北和内蒙）相对就会好一些； 2）渗入水分：因集热腔体的不密闭而由外部渗入的水分，如雨水； 3）返潮水分：在潮湿环境下（如潮湿地区或雨季）因内外湿度差（外部湿度大，内部湿度小）形成的内部材料吸湿而产生的水分增加，实际也是为平衡湿度而形成的平衡水分。 此种水分侵袭都是外部环境因素所造成的，是谓外因，外因要通过内因才能起作用，这个内因就是集热腔体的不密闭，正是这种条件产生了外部水分的渗入和返潮；当然这个不密闭也有它的优点，就是不密闭所形成的缝隙具有呼吸功能，本来借此可将腔体内部的水分经受热蒸发后变成水汽呼出的，但因此种缝隙的大小是不可预见和不可控制的，当缝隙大时可将残余水分排出，反之，则不足以排除水分，就又会有水雾出现；对此国内外普遍采用简单加装透气管的作法，也有能将第一次的残余水分排出的效果，然而也正是这个透气管又人为的开通了后续的渗水、返潮通道； 其实环境因素的侵袭，还有粉尘、雾霾、、二氧化硫、氮氧化物、酸雨等，它们都会直接或间接通过水分造成次生危害，国内曾报道：一场罕见的大范围雾霾笼罩着中国，已陆续有25个省份、100多座大中城市不同程度出现雾霾天气，覆盖了中国将近一半的国土。可见非密闭平板集热器也难逃其灾，因而集热腔体必须是密闭的，只有如此才能拒环境危害于集热腔体之外，为集热器的集热体创造一个干燥良好的运行环境，这就是我们对集热腔体的第一个认识。 1.2 非密闭腔体带来的问题 因集热腔体的不密闭而受到环境影响，会带来一系列问题 1）水雾：已如前述，是由内部水分所产生的，这种现象特别的出现在早上，不单影响太阳辐射的透过，也加大了顶部空气夹层的对流热损失，而更严重的是水遇到腐蚀性气体后还会引起更多的次生危害。 水雾情况如图 1所示。 图1 平板太阳能集热器水雾 2）渗灰：大气中的粉尘、细灰、雾霾等颗粒物通过腔提上的缝隙会无孔不入地渗入腔体以内并沉积覆盖在特别是吸热板的表面，影响