2、太阳选择性吸收涂层 3、真空夹层 5、支承件 6、吸气剂 7、吸气膜
全玻璃真空管的生产流程
真空管选择性吸收涂层
采用选择性涂层作为吸热体的光热转换材料， 要涂层有高的太阳吸收比，低的发射率，良好 的真空性能，耐热性能。
采用磁控溅射技术的多层（渐变）铝－氮/铝 选择性吸收涂层，光吸收率可达0.93，红外发 射率约为0.05（80℃）
主要特点：减少集热器的传导、对流和 辐射热损失
从受力情况和密封角度，所以通常将真 空太阳集热器基本单元做为圆管形状， 而不是平板
真空管集热器分类
全玻璃的真空管集 热器吸热体由玻璃 管组成
金属吸热体真空管 集热吸热体由金属 材料组成，如热管 式真空管集热器
全玻璃真空管的结构
1、内玻璃管 4、外玻璃管
➢ 集热器效率是变数，不是常数，与集热器工 作温度、环境温度和太阳辐照度有关
➢ 效率曲线在y轴上的截距表示集热器可获得的 最大效率
➢ 效率曲线的斜率值表示集热器总热损系数的 大小
➢ 效率曲线在x轴上的交点值表示集热器可达到 的最高温度
三、真空管型太阳集热器
真空集热器：将吸热体与透明盖层之间 抽成真空的太阳集热器
➢平板集热器 ➢真空集热器
二、平板型集热器
吸热体——吸收太阳辐射能 ，将其转换为热能，并向工 质传递热量
透明盖板——光学性能好、 机械性能好、耐老化性能好
隔热层——降低集热器热损 失提高其热效率
壳体——将吸热体、透明盖 板和隔热层装配成一体
平板太阳集热器构造示意图
平板型集热器传热示意图
热管式真空管的特点
➢ 热效率高：最高运行温度可达 100℃.最高闷晒温度可达250℃. 工作温度为70℃-120℃
➢ 热启动快：在阳光下2分钟即可 输出热量。
➢ 特殊的防冻技术：即使在-50℃ 的严寒下仍能正常工作而无冻损 之忧。
➢ 高真空度，不结垢，承压能力大 ➢ 全天候运行：天气多变的南方和寒冷的北方全年运行 ➢ 使用寿命长：使用寿命可长达12年
翼管式吸热体
特征：利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有冀片的 吸热条带 优点：
a.热效率高，管子和平板是一体，无结合热阻 b.耐压能力强，铝合金管可以承受较高的压力。 缺点： a.水质不易保证，铝合金会被腐蚀 b.材料用量大，工艺要求管壁和冀片都有较大的厚度 c.动态特性差，吸热板有较大的热容量
家用紧凑式全玻璃真空管式
家用紧凑式热管真空管型
➢集热器采用热管真空管 ➢管内不走水，不结垢，可 随时上水 ➢寿命主要取决于热管的长 期稳定工作
平板与真空管热水器对比分析
产品类型
平板型（普通）
日产水量/kg·m-2
80~110
产水温度/℃ 效率/% 价格 抗腐蚀性 安装维修 防冻 结垢情况
40~60
强制循环系统—间接加热系统
➢在大型强制循环式 太阳热水系统中，为 了防冻有时采用设置 换热器的双回路系统 ➢这种系统由于换热 器存在传热温差，使 系统效率降低
直流式系统
➢直流式，指水一次通过集热器就被加热 到所需的温度，所以又称一次式。它是一 种开式太阳热水系统 ➢分为热虹吸式和定温放水式两种
直流式系统—热虹吸式
U型管式真空管
结构简单，就是在真空管内插 一根带圆筒型铝翼的U型铜管 ；
真空管内无水，遇有真空管破 裂，集热系统照常运行；
传热工质可选用防冻液，特别 适于高寒地区四季使用；
集热器间可并联或串联安装， 可以承压运行；
集热管放置不受方向限制，系 统安装、维修简便。
带反光板的真空管集热器
家用闷晒型太阳热水器
➢优点：结构简单，使用 可靠
➢特点：集热器与水箱合 二为一，冷热水的循环 和流动在水箱内部进行
➢缺点：
保温效果差，热量损失 大
单筒式热水器
家用平板型太阳热水器
➢集热器采用平板型 ➢集热器与水箱结合紧密， 上下循环管很短，不仅省 料，而且减少了管道的热 损失 ➢水箱前侧板对太阳光还起 到反射作用，增强射入盖 板的太阳辐射量 ➢水箱容水量取决于集热采 光面积，常规产品是1~4m2
集热器盖板
无盖板: 适用夏季游泳池加热，成本低廉，加热水温 低，流量大 单层盖板（普通黑漆）:适用于春夏秋三季生产4046oC低温生活热水 单层盖板（选择性涂层）:适用于春夏秋三季生产60-
70oC低温生活热水
双层盖板（选择性或非选择性涂层）:用于环境寒冷地
区，但由光学效率降低，影响总体效率
集热器隔热材料选择
绝热性能:决定于导热系数，需考虑温度、湿度等的 影响 耐热性:其耐热温度应高于集热器的闷晒温度 抗腐蚀性:不得对吸热体和其它部件产生腐蚀作用
机械强度:为增强集热器机械强度
集热器效率的定义
Qu
AG
在稳态(或准稳态)条件下，集热器传热工质 在规定时段内输出的能量与规定的集热器面 积和同一时段内入射在集热器上的太阳辐照 量的乘积之比 不同定义的集热器面积会影响集热器的效率 ，集热器面积三种定义：吸热体面积、采光 面积、总面积。
太阳能热水系统类型
按辅助能源启动方式分类： 1全日自动启动系统——始终自动启动辅助能源加热 设备，确保可以全天24小时供应热水； 2定时自动启动系统——定时自动启动辅助能源加热 设备，从而可以定时供应热水； 3按需手动启动系统——根据用户需要，随时手动启 动辅助能源加热设备。
太阳热水系统设计选用表
平板集热器吸热体的基本类型
a 管板式 b 翼管式 c 扁盒式
d 蛇管式
管板式吸热体
特征：将排管与平板以一定的结合方式连接构成吸热条 带 结合方式：热碾压成型，高频焊接，超声焊接等 铜铝复合条(热碾压成型)优点： a.热效率高：热碾压使铜管和铝板之间达到冶金结合，无 结合热阻 b.水质清洁：太阳条接触水的部分是铜材，不会被腐蚀 c.保证质量：生产过程完现机械化 d.耐压能力强：用高压空气吹胀成型
按集热器的工质分类
➢液体集热器 ➢空气集热器
按是否聚光分类
➢聚光集热器 ➢非聚光集热器
按是否跟踪太阳分类
➢跟踪集热器
➢非跟踪集热器
按集热器的工作温度分类
(1)低温集热器 工作温度在100℃以下
(2)中温集热器 工作温度在100-200℃
(3)高温集热器 工作温度在200℃以上。
按是否有真空空间分类
蛇管式吸热体
特征：蛇管式吸热板是将金属管弯曲成蛇形。 优点： a.不需要另外焊接集管，减少泄漏的可能性 b.热效率高，无结合热阻； c.水质清洁，钢管不会被腐蚀； d.保证质量，整个生产过程实现机械化； e.耐压能力强，钢管可以承受较高的压力。 缺点： a.流动阻力大，流体通道不是并联而是串联； b.焊接难度大，焊缝不是直线而是曲线。
➢集热器受到阳光照射， 水温升高，在系统中形 成热虹吸压力 ➢早晨太阳升起一段时 间以后，在贮水箱中便 可收集到热水。 ➢这种虹吸型直流式太 阳热水系统的流量具有 自动调节功能，但供水 温度不能按用户要求自 行调节。
直流式系统—定温放水型
➢系统在集热器出口处安装 测温元件，通过温度控制器， 控制安装在集热器入口管道 上的电动阀的开度，达到根 据温度调节水流量，使出口 水温始终保持恒定。 ➢这种系统不用补给水箱， 补给水管直接与自来水管连 接。系统运行的可靠性，同 样决定于电动阀和控制器的 工作质量。
自然循环系统
➢系统依靠集热器与蓄水 箱的水温不同产生的密度 差进行循环，水箱中的水 经过集热器被不断加热 ➢优点：结构简单，运行 安全可靠，不需要循环水 泵等 ➢缺点：为了防止系统中 热水倒流和维持热虹吸压 头，蓄水箱必须置于集热 器的上方
强制循环系统—直接加热系统
➢在集热器和贮水箱之 间管路上设置水泵，作 系统中的水循环动力。 ➢系统中设有控制装置， 根据集热器出口与贮水 箱之间水的温差控制水 泵运转。 ➢在水泵入口处，装止 回阀，防止夜间系统中 发生水倒流而引起热损 失。
扁盒式吸热体
特征： 扁盒式吸热板是将两块金属板分别模压成型，然 后再焊接成一体构成吸热板 优点： a．热效率高，管子和平板是一体，无结合热阻 b．不需要焊接集管，流体通道和集管采用一次模压成型。 缺点： a.焊接工艺难度大，容易出现焊接穿透或者焊接不牢 b.耐压能力差，焊点不能承受较高的压力 c.动态特性差，流体通道的横截面大，吸热板有较大热容 d.有时水质不易保证，铝合金和镀锌钢都会被腐蚀
新能源利用技术
太阳能集热器及热水系统
王一平 黄群武 天津大学化工学院
主要内容
➢太阳能集热器的分类 ➢平板型太阳集热器 ➢真空管型太阳集热器 ➢家用太阳能热水器 ➢太阳能热水系统
一、太阳集热器的分类
太阳集热器定义：太阳加热系统中，接 收太阳辐射并向其传热工质传递热量的部 件。 许多人误认为太阳集热器（简称集热器） 就是太阳热水器。集热器是热水器的一部 分，它是决定热水器热性能优劣的一个关 键部件。
≥45 较低 一般 方便
差 有
玻璃真空管
70~100
40~60 ≥45 偏高 好 不便 好 有
五、太阳能热水系统
➢热水系统的分类 ➢自然循环系统 ➢强制循环系统 ➢直流式循环系统
太阳能热水系统类型
按系统运行方式分类： 1 自然循环系统 2 强制循环系统 3 直流式系统
太阳能热水系统类型
按生活热水与集热器内传热工质的关系分类：
1 直接系统
2 间接系统
太阳能热水系统类型
按集热与供热水范围分类：
集中供热水系统 集中分散供热水系统 分散供热水系统
太阳能热水系统类型
按辅助能源加热设备安装位置分类： 1 内置加热系统——辅助能源加热设备安装在太阳热 水系统的贮水箱内； 2外置加热系统——辅助能源加热设备不是安装在贮 水箱内，而是安装在太阳热水系统的供热水管路上或 贮水箱旁。