第一章太阳能光热系统设计
推广应用阶段(一)
发展时代
应用特点
美国欧文斯伊利诺依( OwensIllinois)公 司发明并于 1975年率先推 向市场;清华 大学于1979年 初开始研制, 1993年起开始 实施规模生产 ,在我国家用 太阳能热水器 行业得到了广 泛应用。
代表产品示例
产品特点
1975年-至今 推广应用阶段 代表产品(二 ) 全玻璃真空管 太阳能集热器
代表产品示例
产品特点
1891年美国肯普发明第一 台“顶峰”热水器到1913 年贝利改进的防冻功能热 水器,产水温度40℃左右 ,效率低、隔热性能差。
1945-2000年 推广应用阶段 代表产品(一 ) 平板型 太阳能集热器
表面吸收涂层从非选择性 涂层到选择性吸收涂层, 如铝阳极氧化、镀黑镍、 镀黑铬等。透明盖板从普 通平板玻璃到钢化玻璃。 性能也随之不断提高。 我国90年代引进加拿大铜 铝复合条带吸热体生产线 ,开始广泛应用至今; 太阳吸收率92%左右、红 外发射率10%—20%。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
91% 92% 96% 100% 100%
90% 81%
10%
中国
冰岛
法国/丹麦
德国
日本
西班牙
以色列
印度
平板型太阳能热水器
真空管型太阳能热水器
我国1998~2009年太阳能热水器年生产量、保有量和增长率
年份 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 总产量 万㎡ 350 500 640 820 1000 1200 1350 1500 1800 2300 3100 4200 5200~5400 MWth 2450 3500 4480 5740 7000 8400 9450 10500 12600 16100 21700 29400 36400~ 37800 比上年增 长(%) 43 28 28 22 20 12.5 11.1 20 30 25.8 35.5 24~33 保有量 万㎡ 1500 2000 2600 3200 4000 5000 6200 7500 9000 10800 12500 14500 17100~ 17300 MWth 10500 14000 18200 22400 28000 35000 43400 52500 63000 75600 87500 101500 119700~ 121100 比上年增 长(%) 33 30 23 25 25 24 21 20 20 15.7 16 17.9~ 19.3
太阳能热水器国家标准
到2013年初,已颁布实施的太阳能热水器国家标准共有20项。
产品/系统试验、测试方法 GB/T148901994 GB/T154051994 工作直接日射表的校准方 法 被动式太阳房技术条件 和热性能测试方法 太阳能在地面不同接收条 件下的太阳光谱辐照度标 准第1部分大气质量1.5的 法向直接日射辐照度和半 球向日射辐照度 家用太阳能热水系统 热性能试验方法 太阳能热水系统性能评价 规范 太阳能集热器热性能试验 方法 家用空气源热泵(辅助) 型太阳能热水系统技术条 件 GB/T1914 1-2011 GB/T1704 9-2005 产品标准 家用太阳能热水系统 技术条件 全玻璃真空太阳能集 热管 工程设计、安装、验收规范 GB/T18713 -2002 GB503642005 太阳能热水系统设计 、安装及工程验收技 术规范 民用建筑太阳能热水 系统应用规范
广泛应用阶段
发展时代
应用特点
进入2000年以来 ,世界范围内的 能源危机、环境 污染日趋严重, 以德国为代表的 欧洲国家在平板 太阳能应用开发 、研究方面已赶 超美日。德国技 术的蓝膜涂层-磁控溅射金属陶 瓷涂层,吸收率 达95%以上,发 射率小于5%,涂 层50年衰减率不 大于10%,稳定 性、可靠性达到 了几近完美的程 度。
太阳能光热系统设计
陈洪涛
课程概况
• • • • 课程名称:太阳能光热系统设计 课程性质:专业限选课程 学时:30+6 教材:无
考核办法
• 课程的成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分 组成: • 1.平时成绩包含考勤和实验,考勤占总成绩的 20%,无故缺课一次扣4分,扣完为止。实验 占总成绩30%,视完成情况酌情给分。 • 2.期末考试,占总成绩的50%。 • 注意:1.考勤缺席总课时三分之一者,取消考 试资格。 • 2.实验不及格者,取消考试资格。 • 3.作业缺三分之一者,取消考试资格。
2000年-至今 广泛应用阶段 高效平板型 太阳能集热器
全球太阳能热水器统计数据(一)
按集热器的类型,全球太阳能热水器产品可分为:真空管型太阳能热水 器、平板型太阳能热水器、其它类型太阳能热水器。这几种产品在全球 太阳能热水器总保有量中的比例分别是47%、33%和20%。
年安装量 运行保有量
总量 /MWth
合计 18260
总量 /(×104 ㎡) 2608
比例 ﹪
总量/MWt 127800
总量 /(×104 ㎡) 18255
比例 ﹪
世 界
真空管太阳能热水器
平板型太阳能热水器 其它类型太阳能热水器
11548
5107 1602
1650
730 229
63.3
28.0 8.8
59892
42238 3597
8556
真空管型太阳能集热器
热管式真空管型 太阳能集热器
U型管式真空管型 太阳能集热器
全玻璃真空管型 太阳能集热器
特点: 1、在真空管内带有吸收涂层 的吸热体传热至热管内相 变材料加热工质。 2、承压高。 3、抗机械冲击性能差。 4、高温时集热效率高、热损 小。 5、造价适中。 6、可与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、闭 式和用水温度较高系统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、应用范围广,不受区域、 环境等限制。
特点: 1、工质在真空管内直排热。 2、非承压,抗机械冲击性 能差。 3、集热效率低、抗过热能 力差。 4、热损小。 5、造价低。 6、不易与建筑结合。 7、内外热冲击时,存在炸 管泄漏的可能。 8、适用于强制循环开式和 自然循环式系统。 9、可靠性不高,寿命短。 10、应用范围广,不受区域、 环境等限制。
吸收率90—92%,发射率8% 左右。 主要分布在我国;家用一 体机占90%市场份额,适用 广大农村市场;热损较小 ,具有一定抗冻性,国内 标准化配套厂多,价格低 廉,热容量大。 易结垢,安全可靠性差, 寿命短;工程化应用不能 承压,抗热应力能力差、 维护量大,寿命短不足十 年,不易与建筑结合。
推广应用阶段(二)
我国2001~2009年三种热水器市场占有率
在太阳能热水器、电热水器和燃气热水器三种产品的比较中,太阳能热水器经济、 节能、安全、环保,随着减排、低碳时代主题的推进,太阳能热水器的市场份额逐 年提升,至2008年已经超过电热水器、燃气热水器的总和,成为热水器的主体。
80 70
56.7%
60 50
38.5%
特点: 1、采用金属吸热板芯加热 工质,国外镀膜工艺。 2、承压高。 3、抗机械冲击能力好。 4、低温热效率高,热损大。 5、造价适中。 6、易与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、 闭式和自然循环式系 统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、适宜南方,环境质量好,风小的区 域。
普通真空管内 设置U型导管 2000年-至今 、导热翅片或 推广应用阶段 真空管与热管 代表产品(二 结合,以使真 空管集热模块 ) 真空管改进中 能承压运行的 集热器; 产品:U型管式 两种产品均不 真空管、热管 能有效解决过 式真空管、直 热、热应力破 流管式真空管 坏、效率低等 技术问题,未 能从实验室走 向市场
6034 3664
46.9
33.1 20
合计
12600
11340 1260
1800
1620 180 90 10
63000
9000
中 国
真空管太阳能热水器 平板型太阳能热水器
全球太阳能热水器统计数据(二)
全球太阳能热水器产品中,真空管太阳能热水器主要分布在我国(占全球总 量的97%),平板型太阳能热水器广泛地分布在欧洲、亚洲、美洲和大洋洲。 各国不同类型太阳能热水器所占市场份额(100%)
50.8%
40
28.23%
30 20 10 0
2001年
%
22.2%
2003年
2005年
2007年
2008年
2009年
太阳能热水器
电热水器、燃气热水器
目前主流产品(集热器)
太阳能集热器:
平板型太阳能集热器 真空管型太阳能集热器
平板型太阳能集热器
黑铬
蓝膜
特点: 1、采用金属吸热板芯加热 工质,国内镀膜工艺。 2、承压高。 3、抗机械冲击能力好。 4、低温热效率低,热损大。 5、造价低。 6、易与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、 闭式和自然循环式系 统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、适宜南方,环境质量好,风小的 区域。
• 第一章 绪论
太阳能热利用(产品)发展
初级和推广应用阶段
发展时代
1891-1945年 初级阶段 闷晒式
应用特点
自觉利用太阳 能的初级阶段 ;受世界范围 石油类资源开 发影响发展缓 慢,年销售量 1000台左右 世界能源危机 促使日美欧国 家重视太阳能 开发应用,70 年代末世界销 量300万台;90 年代日美法德 以色列等均有 上千万套住宅 使用;
特点: 1、工质在真空管内的金属 流道内循环加热。 2、承压高。 3、抗机械冲击性能差。 4、中温时集热效率高,热 损小。 5、造价适中。 6、可与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、 闭式和用水温度较高系 统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、应用范围广,不受区域、 环境等限制。