金属材料平板太阳集热器结构吸热性能特征研究

顾黎昊

（江苏苏美达成套设备工程有限公司，江苏 南京 210018）

平板太阳集热器在为人们提供生活热水方面发挥了重要的作用，在为人们提供方便的同时也应该让人们用起来感到方便，具有使用方便的特点，这两大特点已经成为平板太阳集热器的重要考虑因素，既能全天候的提供热水，操作又简单便捷。从目前的发展来看，全天候的提供热水还不能实现，在种情况下能够抵御严寒与辅助热源的太阳能热水器成为了常见的组合形式[1]。平板太阳集热器结构的吸热性能也是研究太阳集热器的一个较为热门的话题。传统材料的平板太阳集热器，不论是平板型管板式热水器还是全玻璃材质的热水器都在吸热性能方面没有较为明显的提升。对于平板太阳集热器吸热性能的研究也一直在不断推进，用不同的材料来对平板太阳集热器吸热性能进行研究与实验[2]。因此，本文以金属材料平板太阳集热器结构的吸热性能为研究方向，对金属材料平板太阳集热器结构的吸热性能特征进行分析与概括，从理论的方面对平板太阳集热器的吸热性能提供依据，为我国太阳能热水器的发展提供新的材料，促进我国平板太阳集热器的发展。

1 吸热性能稳定

金属材料平板太阳集热器的结构特性具有形态灵活随意、设计时不受约束能够较方便的与建筑物进行结合，金属材料在安装和维修方面为使用者提供了巨大的便利。金属材料平板太阳集热器结构主要有两种基本构造，这两种基本构造在实际运用中较为常见，一种是单层“Z”型平板太阳集热器，另一种是双层“U”型平板太阳集热器。这两种构造个有其自身吸热性能的特点。

第一种为单层“Z”型金属材料平板太阳集热器结构，这种结构在集热箱内设置了11个分流板，将集热箱分成了12个相同的小型集热箱，增加了水储存的容量与受热面积的大小。并将平板太阳集热器内的路径进行了扩充，将箱内路径扩充到7500mm，与普通的平板太阳集热器相比路径长度扩大了3.5倍[3]，形成了与气流方向垂直的较长的蛇形通道。在金属材料平板太阳集热器中还增加了空气分流板的设计，设计空气分流板的目的在于增加传热的气体在集热器内的停留时间。制作空气分流板的材料为金属合金板，利用金属材料不仅增大了空气分流板的面积，更提高了平板集热器的出口温度，大大的提升了平板太阳集热器的集热效率，保证了金属材料平板太阳集热器结构的吸热性能。

双层“U”型金属材料平板集热器属于双层结构。在集热器工作时，一部分气体从集热器的正面入口进入，从正面出口流出；另一部分气体从集热器的正面入口进入，从背面出口流出。这种金属材料平板太阳集热器与单层“Z”型集热器相比集热气体在集热箱内保留的时间更长，但制作成本更高。这两种金属材料平板太阳集热器各有优势，需要根据实际情况选择基本构造。

2 产生热效率较高

金属材料平板太阳集热器结构的特殊性保证了平板太阳集热器产生的热效率较其他材料的平板太阳集热器高，根据金属平板太阳集热器的集热面积的计算方法可以看出。对集热器的集热面积的计算使用的方法是逆推法。逆推法类似于归纳法，这种方法是依据已知或假设的关联性规则和包含这个规则的至少一个预测的观察。通过对干燥系统每天的排湿量的计算：

在这个公式中，ms表示日均排湿量，K表示干燥系数，即在干燥的过程中蒸发的水量与水量之间的比，t为烘干周期。

在对日均排湿量进行计算后，可以对集热器的集热面积进行计算：

其中，F集热器集热面积，r表示热损失系数，Q表示所需热量，I表示太阳能辐射量，通过这一公式即可算出集热器的集热面积，从上述公式中可以看出金属材料平板太阳集热器的集热面积是由逆推法计算而来，从这种方法可以看出集热面积是由排湿量逆推而来。

另外，由于传统材料的平板太阳集热器的结构是由若干根真空管组成的，每根管子之间存在着很大的缝隙，当阳光在照射平板太阳集热器时，有很大一部分集热板没有被太阳光照射到，浪费掉了一大部分的太阳能。而金属平板太阳集热器的结构其表面是一个连续且光滑的平面，因此整个集热器的表面都可以接受到太阳光的照射，能够最大限度的搜集到太阳能。因此，在相同的采光面积和日照强度下，金属平板太阳集热器的日平均效率一般要高于传统材料的平板太阳集热器日平均效率6%以上。

3 能够承受极高温度

在当前的发展中，城市中一般采用集中供水的方式对居民进行生活用水的输送，这样的供水方式产生的水压较高，这一方式就要求热水从太阳能出来就要有相当程度的压力，这样一来就能够减少自来水出口与热水器出口二者之间的压力差，为广大城市居民提供最大程度的方便与舒适。良好的承压性能就能够保证平板太阳集热器系统性能的稳定，对于大城市中一些较大型的场所，例如学校宿舍、游泳馆、宾馆等场所，在对平板太阳集热器进行使用时，一般需要由许多块平板太阳集热器共同组成一个大规模的供水系统来支撑大型场所的用水需求。采用金属材料平板太阳集热器结构能够保证平板太阳集热器整个大系统的稳定性，传统材料的平板太阳集热器，例如真空管等材料无法保证平板太阳集热器系统的稳定性。因此，在建立大型场所平板太阳集热器时往往采用金属材料来完成整个平板太阳集热器系统的安装。另外，金属材料平板太阳集热器结构较其他材料的平板太阳集热器简单，加工非常方便，再生产时也可以使用规模化生产，在减少制作成本和人工资源方面有很大的优势。金属材料平板太阳集热器的使用寿命也较长，具有很多特点。

4 结语

本文对金属材料平板太阳集热器结构吸热性能的特征进行了详细研究，依托金属材料，对平板太阳集热器的吸热性能进行概括与分析，找到了可代替传统材料的金属材料平板太阳集热器。提升了平板太阳集热器吸热性能，促进了平板太阳集热器的发展，为平板太阳集热器提供了新的发展方向与思路，并奠定了理论依据。但是本文对于平板太阳集热器的认识尚不全面。因此，对于金属材料平板太阳集热器结构吸热性能的研究还不完善。在今后的研究中将继续着眼于平板太阳集热器吸热性能，提出更加科学的理论依据。