太阳能热水器本科毕业论文(编辑修改稿)

太阳能热水器本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

江西太阳能学院新能源应用工程系 4 7 2 1 3 23 热水器装置简图 1集热器 2下降水管 3循环水管 4补给水箱 5上升水管 6自来水管 7热水出水管 热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。 图中集热器 1 按最佳倾角放置，下降水管 2 的一端与循环水箱 3 的下部相连，另一端与集热器 1 的下集管接通。 上升水管 5 与循环水箱 3 上部相连，另一端与集热器 1 的上集管相接。 补给水箱 4 供给循环水箱 3 所需的冷水。 当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。 水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。 而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上 升。 这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。 这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。 集热器是一种利用温室效应，将太 阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。 平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。 太阳能热水器工作原理图： 太阳能热水器工作原理图 及应用 江西太阳能学院新能源应用工程系 一、 吸热过程 太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。 吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。 随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。 现有的平板式集热器，基本上都采用结合良好的多管组合方式，如滚压或压延方法等，其中走水管子与吸热板之间的热阻几乎可以忽略。 影响平板式集热器板芯性能的主要因素，一是结构设计，二是表面吸收涂层。 设计良好的集 热器的板芯肋片效率应该在 93%以上。 集热器的板芯肋片效率与板芯结构、表面处理以及集热器整体结构有关。 集热器整体结构的影响可以用总传热系数来描述，其影响程度与自身的几何尺寸（肋片厚度、材质）是一样。 也就是说，在同等效率的情况下，集热器热损小时板芯可以薄一些。 选择性吸收表面可以提高集热效率，但是市面上这类产品为了提高经济效益，往往肋片较薄。 用于热水器场合时，这类产品的实际集热效果与选择性差一些（甚至没有选择性）但肋片厚一些的集热器不会有太大的区别。 二、 循环管路 家用太阳能热水器 通常按自然循环方式工作，没有外在的动力，设计良好的系统只要有 5~6℃以上的温差就可以循环很好。 水循环管路管径及管路分布的合理性直接影响到集热器的热交换效率。 多数情况下，自然循环家用热水器系统管路中的流态都可以视为层流。 集热器内管路系统的阻力主要来自沿程阻力，局部阻力的影响要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。 当水温升高后，由于运动粘度减小，沿程阻力变小，局部阻力的影响变大。 在一定范围内，当主管管径不变时，加大支管管径，不仅沿程阻力迅速减小，而且局部阻力也将跟着减小。 一般地，支管的水力半径应在 10mm以上。 当主管管径达到一定值以后，增加主管管径对减小系统阻力意义不大。 三、 顶水式使用过程 家用太阳能热水器的用水方式分为落水式和顶水式。 落水使用方式不受自来水供水影响，其缺点是使用过程中水温先低后高，掌握不好的话容易造成突然缺水的尴尬。 顶水方式则是水温先高后低，容易掌握，使用者容易适应，但是要求自来水保持供水能力。 在自来水有保证的情况下，推荐使用顶水方式。 家用太阳能热水器设计成顶水方式时，必须对水箱内部结构进行合理的设计，以保证出水均匀，避免形成水路 “短路 ”或死角。 使用管路最 好设计成可以转换成落水式的连接方式，在自来水压力不足或停水时应急用。 江西太阳能学院新能源应用工程系 组成以及制造材料 太阳能热水器是由真空集热管、保温水箱、支架、连接管道等组成的。 全玻璃太阳能集热真空管 ◆ 集热器： 系统中的集热元件。 其功能相当于电热水器中的电热管。 和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的时候。 目前中国市场上普及的是全玻璃太阳能集热真空管。 结构分为外管、内管、选择性吸收涂层、吸气剂、不锈钢卡子、真空夹层等部分。 而国外成熟的集热器都是平板集热器，平板集热器具有寿命长、稳定性高、可回收的优点，但由于较真空管集热器成本稍高，国内生产的很多价格低廉的平板集热器性能确实不好，因此被国内主流太阳能厂家歪曲了平板集热器的性能。 但是平板集热器在太阳能 行业的发展势不可挡，不是靠一些厂家的误导就可以扼杀的。 现在很多设计院的给排水设计师已经意识到了这个问题。 全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅 ，采用真空溅射选择性镀膜工艺。 可分为铝氮单靶镀膜工艺和铜、铝、不锈钢三靶镀膜工艺。 保温水箱 ◆ 保温水箱： 储存热水的容器。 因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，所以必须 通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。 容积是每天晚上用热水量的总和。 太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成。 水箱内胆是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要。 市场上有不锈钢、搪瓷等材质。 保温层保温材料的好坏直接关系着热效率和晚间清晨的使用，江西太阳能学院新能源应用工程系 在寒冷的东北尤其重要。 目前较好的保温方式是进口聚氨脂整体自动化发泡工艺保温。 外壳一般为彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板。 太阳能支架 保温水箱要求保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达 20年以上。 ◆支架： 支撑集热器与保温水箱的架子。 要求结构牢固，抗风吹，耐老化，不生锈。 材质一般为彩钢板或铝合金。 要求使用寿命可达 20年。 ◆ 连接管道： 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的管道，使整套系统形成一个闭合的环路。 设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。 热水管道必须做保温处理。 管道质量必须符合标准，保证有 10年以上的使用寿命。 优缺点 清华阳光金刚系列 优点： 安全、节能、环保、经济。 尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。 江西太阳能学院新能源应用工程系 缺点： 安装复杂，如安装不当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。 太阳能热水器工作原理 太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐，中国，是一个能源消耗大国，每年全国能耗约占全世界能耗总量的 1∕ 3，而全国总能耗中，有 1∕ 3是来自建筑能耗。 “向屋顶要能源 ”，太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备。 使用性能优势 随着人们环保意识的不断加强，越来越多的消费者倾向于选择太阳能热水器，但很多人对使用这种产品又不是很了解。 在这里，我们将太阳能热水器、电热水器和燃气热水器的性能作一个粗略的比较。 一、热水产量方面 燃气热水器有 5升、 7升、 8升等不同的型号，是指在 1分钟内将水温升高 25℃时所产的热水量，如果自来水的温度为 25℃，则每分钟可产 50℃的热水 5升、 7升或 8升。 电热水器的标注则是 30升、 60升、 90升等等，这是指电热水器的容水量，相当于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是 30升、 60升、 90升。 拿一个 8升的燃气热水器与一个 40升的电热水器相比较， 8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟 8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。 如果这一罐水用完，还要等半小时左右。 太阳能热水器按照年平均气温 ℃、年日照时数 20xx小时、太阳总辐射总量年均为 ／平方米计算，如果集热面积为 2平方米，年吸收太阳辐射能量为106千焦，按把水温升高 35℃计算（基础水温 10℃），全年可提供生活用热水（ 45℃） ，每人每次洗澡用热水约需 50公斤，则全年可洗 1070人次，平均每天可洗。 二、加热速度方面 目前生产的燃气热水器大多为快速热水器，不论什么时候，只要想用热水，打开燃气阀和水龙头，热水就会流出来。 而电热水器需要预先通电半小时左右，才能开始使用。 太阳能热水器在天气晴朗的时候使用更好，最理想的楼层在六至八层。 三、温度稳定性方面 燃气热水器由于是快速加热，并有调整温度装置，只要在使用开始时调到人体感觉舒适的温度，而后就会一直保持在这一温度恒定地供应热水。 电热水器在使用时需要另外接一根冷水管兑入冷水，当罐内水不断流出， 冷水不断加入时，水温就会逐渐下降，直到全部是冷水。 所以在使用时，需要不停地去调整冷热水的比例。 太阳能热水器使用起来暂时还不大方便，要上水，且不能保证时时有热水。 三、功率方面 江西太阳能学院新能源应用工程系 燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个 8升的燃气热水器和 40升的电热水器相比较， 8升燃气热水器的功率相当于 1617千瓦，而 40升的电热水器一般为 3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。 那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢。 这是不可能的，因为家用电表、电线都无法承受。 四、价格方面 8升的燃气热水器价格一般在 800元以上，再加上安装费，大约在 1000元以上，有的甚至接近 20xx元。 电热水器现在都在 500元以上，加上安装费用，一般不到 1000元。 太阳能热水器的价格都在 3000元以上。 使用费用方面，目前天然气每立方米为 ，每度电为 ，而太阳能热水器仅耗水费。 五、安全性方面 燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、占地小、不受水量控制。 缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故，但如果能正确地了解这一点，使用时注意，也是很安全的；另外，燃气热水器启动水压高，有些住高层的用户如果不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞、安排气扇等。 电热水器的优点是能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水；使用时不产生废气，所以从这一点上讲是既安 全又卫生，目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。 缺点是体积大、占用室内空间大、易结水垢、对电能浪费大，最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。 太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式，可全年全天候使用。 缺点是安装复杂，安装不当会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；因要安装在室外，维护较麻烦。 技术发展及市场分析 我们国家追溯 历史在 1958年，天津大学有。 到 1973年世界能源危机，寻求 可再生能源 ，我国在上世纪 70年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。 1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。 清华大学运用电真空物理的背景，坚持了下来。 结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。 清华大学的发明专利就是铝 —氮 /铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝 —氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。 使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。 这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有 10到 30个纳米，低发射层是到 150纳米。 太阳能热利用产业的发展。 在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。 江西太阳能学院新能源应用工程系 20xx年到 20xx年太阳能热利用产业快速发展。 20xx年销售额近 300亿元，提供就业机会 60多万个。 中国太阳热水器 20xx年安装。