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平板型太阳热水器夜间温降的理论和实验研究

孙志国

  平板型太阳集热器具有热效率高、价格低、容易与建筑物结合的优点而受到全球的瞩目,在国外平板型太阳集热器的市场占有率高达95%,在我国南方使用比较广泛。但因为抗冻性差,平板型太阳热水器的推广和使用在我国受到一定的影响。抗冻性能差,已成为制约推广和使用平板型太阳热水器的主要因素。解决平板型太阳热水器抗冻性问题,对推动我国太阳能产业,特别是云南太阳热水器产业的进一步发展有着重要的意义。夜间一般是一天中气温最低的时段,集热器的冻裂往往就发生在夜间。与白天不同,集热器在夜间是一个散热体,其散热机理主要是通过对天空的热辐射,对天空的热辐射是导致集热器冻裂的主要原因。本文旨在研究在晴天和阴天两种极端气候条件下,处于静态的平板型太阳集热器在夜间的温降和传热特性,了解气候特征和集热器的结构对其抗冻性能的影响。研究结果表明:在昆明气候条件下,在晴朗的夜晚,处于静态的集热器的温降(环境温度与集热板温度的差值)约为6℃~8℃,且与环境温度无关;在云层密集的夜晚,处于静态的集热器的温降小于1℃;晴天与阴天相比,在晴夜的温降较大,板温较低,更容易冻裂;板温的最低值出现在凌晨的5:00~7:00之间,集热器在这段时间内更容易冻裂;处于动态的集热器,在晴天时板温变化较为平稳,在后半夜不存在温降;在阴天整个夜晚都不存在温降,板温高于环境温度;集热器在动态时要比在静态时的抗冻性能好。文章对集热板发射率和空气与集热器的对流换热系数h_c对静态集热器温降的影响作了理论分析,结果表明:对没有玻璃盖板的集热器(实际当中因集热器损坏导致的无盖板),发射率对其温降的影响很大,发射率为1的集热板其温降要比发射率为0.01的集热板的温降高8℃;而对于有盖板的集热器,发射率对其温降的影响非常小。h_c对温降的影响较大,无盖板时温降随h_c的增大而减小;有盖板时温降随h_c的增大而增大。文章还提出了用比较法测量集热板发射率的方法。通过本文的研究,基本清楚了集热器夜间冻裂的原因及其应对策略,为下一步研究集热器夜间运行特征和传热机理及最终找到简单有效的防冻方法奠定了理论和实验基础。……   
[关键词]:平板集热器;夜晚温降;抗冻能力
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:云南师范大学2006年