太阳能热利用的基本知识

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一、关于太阳的一些小常识 ◆ 太阳发出的总功率为3.8×1026W，它的能源以光、热、各种射线及"太阳风"向广阔无垠的宇宙散发，我们地球上一切能源都直接、间接来自太阳 7 J. k+ f/ M) m◆太阳的表面温度达到5762°K（即5489℃） * P  W& H, a9 x5 }# E( M◆ 太阳半径为6.95×105km，它的质量占到太阳系（包括九大行星）总质量的97% ◆ 太阳到地球的平均距离为1.495×108km ) \2 Q0 ]; J# V; Y! p) s  }( |◆ 太阳投射到地球大气层上界的功率为1.725×1017W，这一能源相当于100亿亿度电，等于二十世纪末地球上总发电量的几十万倍，这些能量的去向有30%返回宇宙，47%被大气层地球表面吸收，23%变为风、水的原动力，0.02%进入生物世界。 ) _; l# U, `- g0 I' s◆ 太阳发出巨大功率是靠它的每时每刻不断进行的热核聚变，在这一过程中，氢的同位素不断聚变为氦，同时放出能量。 ) u$ H  U$ k/ B. y: X◆ 太阳已诞生了几十亿年，这样的热核聚变也进行了几十亿年，太阳还将燃烧几十亿年。人类的历史只有几百万年，和太阳的历史相比是非常短暂的，因此，对于我们人类来说，太阳能是取之不竭，用之不尽的能源。 / q/ V$ B# B8 i! F% ^  ^ 二、地球上主要的能源形式中，人们利用最多的都是直接或间接地来自太阳。 " X5 L- o7 |. E% u/ j4 U' `2 Q◆ 矿产能源如煤、油，都是亿万年前光合作用产物的遗骸形成的。 2 A* d  {0 O- d9 z& Q$ D0 G8 E◆ 地表的水力能、风能、潮汐能归根结底还是来自太阳。 ◆ 没有阳光，没有光合作用就没有柴薪禾秸和其它生物能源，更没有人类和一切动物。 * [: F0 f4 ], z 三、太阳能到达地球表面最主要的形式是光能，光能可以直接转变为热能和电能以供人类享用。 ◆ 太阳能的光-电利用形式很多，如在偏僻分散居住地，人们用它来作照明及提水的动力，在卫星、飞船上，用阳光电池板生产的电作为它们工作的主要能源，在美国的亚利桑那州，已经有功率达到上万kw的大型矩阵式阳光电站，当然，它还只是一个实验工程。 ◆ 太阳能的光-热利用形式就更多、更早，技术更成熟，因而也就更普及，规模更大。最简单的，用阳光晒谷物古来有之，阳光温室为农作物的增产手段使用也很多。特别是二十世纪后二十年，全世界包括中国，大规模、广泛地应用了太阳能热水器的技术 四、太阳能热水器 9 ?( G3 g5 `5 t% z: w用一个桶或盆，盛上水，放在太阳下晒一段时间，可以得到一定温度的热水，这其实就是最原始的太阳能热水器，当然它的热效率非常低。 & J: }, ~$ U, `8 Q上世纪后期，随着世界性的能源短缺、污染严重，人们开始寻找碳氢矿物燃料的替代品，而太阳能是人们的首选，特别是人们生活需要的热水，水温不太高，投资不大，一次投资长期受益，生活水平提高了，热水需要量也越来越大，所以太阳能在这一领域内应用广泛，数量大。 ' V$ @9 c, N: h6 B- l. T, X太阳能热水器主要有这样几种类型： 1、闷晒式，如桶式、袋式，装满水，只要外表涂上黑色，阳光充足时使用效果就不错，它的优点是价格低廉，使用场地不限，制造容易，早期较多，现仍有少量使用，它的热效率低，不能全年使用。 2、平板式，顾名思义，它的受热面是一个平板，在这个板式装置涂了黑色物质，以加强吸热效果，通过水的循环将热量传递到水箱中。这种热水器曾经占据太阳能热水器市场的主导地位，它的优点是价格相对较低，工艺简单容易制造安装，缺点是在阳光偏照时热效率低，在北方不能过冬，使用寿命短。至今我国南方广大地区仍在大量使用。 3、真空管式，这种热水器在上世纪八十年代诞生，目前是我国大部分地区市场的当家产品。它以涂有黑色镀膜的真空玻璃管为集热元件，集热效率高，热损失小，可以一年四季使用，随着生产规模扩大，这种热水器的价格已经降至城乡广大用户接受，使用的人越来越多。 7 D' b8 Z6 o3 E1 ^' l3 N0 O3 y  J4、真空管-热管式，这种热水器的技术含量更高，它在普通真空管的基础上加装了一种超导传热元件，通常用铜管制作，人们称它为"热管"。它的真空管内无水，避免了水垢的严重影响，也不会因真空管冻裂炸裂造成大量漏水，热效率明显高于普通真空管式热水器。它的成本稍高于真空管式热水器。但是它的上述特征使得这种热水器更适用于大面积热水系统工程，尤其是宾馆、洗浴行业、部队、学校和企事业单位。 9 Q8 g; G0 x3 P2 h1 _

太阳能热水器主要类型 3 Q) d0 c) E8 t

1、闷晒式，如桶式、袋式，装满水，只要外表涂上黑色，阳光充足时使用效果就不错，它的优点是价格低廉，使用场地不限，制造容易，早期较多，现仍有少量使用，它的热效率低，不能全年使用。 2、平板式，顾名思义，它的受热面是一个平板，在这个板式装置涂了黑色物质，以加强吸热效果，通过水的循环将热量传递到水箱中。这种热水器曾经占据太阳能热水器市场的主导地位，它的优点是价格相对较低，工艺简单容易制造安装，缺点是在阳光偏照时热效率低，在北方不能过冬，使用寿命短。至今我国南方广大地区仍在大量使用。 ' Y# Q7 H, V8 F, F; K7 w: |3、真空管式，这种热水器在上世纪八十年代诞生，目前是我国大部分地区市场的当家产品。它以涂有黑色镀膜的真空玻璃管为集热元件，集热效率高，热损失小，可以一年四季使用，随着生产规模扩大，这种热水器的价格已经降至城乡广大用户接受，使用的人越来越多。 4、真空管-热管式，这种热水器的技术含量更高，它在普通真空管的基础上加装了一种超导传热元件，通常用铜管制作，人们称它为"热管"。它的真空管内无水，避免了水垢的严重影响，也不会因真空管冻裂炸裂造成大量漏水，热效率明显高于普通真空管式热水器。它的成本稍高于真空管式热水器。但是它的上述特征使得这种热水器更适用于大面积热水系统工程，尤其是宾馆、洗浴行业、部队、学校和企事业单位。 * `9 _& \; u+ h5 w

热管技术简介

一、什么是热管？ 热管，顾名思义，是用来传导热量的一种管子。叫它为"管"，只是最初试制出的形状为管状，使用较多的形式也是管状，实际上，利用热管的工作原理可以将这类导热元件做成各种形状，例如还可以做成板式，管式也可以按使用要求做成各种异形管。 3 C  C+ `8 b2 c  |, D. J热管技术最初由美国人发明，上世纪五六十年代传入中国，此后在热力、化工、冶金等行业都有相当广泛的使用。 - l  F/ g5 p# o. ^% D二、热管的工作原理： 在小学自然课或中学物理课中，我们知道，热量的传导有三种基本形式，即传导、对流和辐射。这里举三个常见例子说明。找一根铁棒，一端放在火上烤，另一端握在手中，过一会儿手上也会感到铁棒热起来，这是因为热量从铁棒一端传导至我们手握的这一端。冬天如果我们用柜式空调机向室内供暖，柜机吹出热风一定时间后，整个屋子的温度都会升高，室温的升高靠的是柜机吹风使空气对流，从而达到传热的目的。太阳远距地球1.5亿千米，这中间隔着遥远的真空空间，它的热量却可直达地球，这种热量传导方式我们称它为辐射。实际人们的生活中或工业技术上利用热能时，往往是三种传热方式在一起发生作用，有时这种为主，有时那种为主。 - t% F8 f% e; S而热管能传热也是三种方式的综合体，但它同时又利用了物质的另外一种物理特性，这种特性就是"相变"原理。所谓"相变"就是物质的气液固的三态变化。典型的，如水，在常压下，水在温度降至0℃时会结为冰，0~100℃时是液体。100℃以上时又会变为气体。在这个变化过程中，水升温会吸热，水降温会放热。比如，1千克水从0℃升至1℃，它所吸收的热是1大卡（4.186k焦尔），但是当人们对水的蒸发过程进行测试时，却发现1千克100℃的水完全变成100℃的蒸汽时，所需要的热量是536大卡（2244k焦尔）。反过来，水从气态变为液态时，放出的热量也是相同的。热管之所以具有导热快、传热效率高的优势，就是因为它利用了热管内工质快速地发生"气-液""液-气"转变的特性，在一端快速高效吸热，另一端快速高效放热，工质不断在热管内往复循环，也就源源不断地将真空管内收集到的热量（从阳光转换来）传递到水中。 热管技术在太阳能热利用行业中的应用。由于热管可以高效传导热量，因此在太阳能热利用事业中，特别在太阳能热水器和大面积太阳能热水工程中都有广泛应用。这方面的技术主要有两种来源。 8 E8 d$ ]1 c8 n9 w9 W# O* O6 D) F一是有的企业从德、美等国家引进的热管技术。他们有的采用大直径的玻璃管，管内放置热管，加以肋片导热，将热管与玻璃管密切联接为一体。有的利用现有的玻璃真空管中插入热管（有的厂家不使用"热管"的名称，以区别国内现有的热管技术，就其工作原理讲实质上就是热管）。 2 \5 |* H0 ]7 i6 n! ^5 S+ U- A$ f二是由清华大学热能系李元哲教授研制成功的不等径紫铜热管。这种热管从工质的配方、加注量、热管的各部位尺寸都作了千百次的优化计算和实际测试，这种热管在上世纪九十年代初研制成功，随即投入产品和工程实际应用。 几种热管各有特点，都为世界领先水平，相比而言，李教授研制成功的热管比引进德美等国技术成本要低的多，具有自主知识产权，更适合中国国情。 8 d( {% P& z- Q现在，清华索兰环能技术研究所应用热管技术，可以为广大用户、太阳能产品经销商、太阳能热水器及大面积热水系统的生产、安装施工单位提供诸多服务，包括： ◆ 生产和供应热管-真空管式家庭太阳能热水器。 ◆ 承接企事业单位、部队、学校、宾馆、洗浴中心等大面积太阳能热水系统工程，可以采取工程总包方式，也可以采取供应主要设备、元件作出设计，指导用户或代理单位自己施工的方式。 ◆ 为太阳能产品经销商和太阳能热水器生产厂家大量供应热管。所供热管可以与当今热销的各种规格真空管配套。 ◆ 转让热管生产技术，建立热管生产线。 ) {" B/ c6 B- X6 D; B/ b! G