真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的理论与实验研究

【摘要】：真空玻璃盖板热管平板式太阳能集热器是由我们发明的一种新型太阳能集热装置。本文研究了由真空玻璃盖板热管平扳式集热器构成的分体式太阳能热水器的性能。文章首先对目前太阳能开发利用的特点和太阳能热水器的现状及发展趋势作了简要介绍，同时回顾了我国太阳能热水器的产业化发展情况，在此基础上提出了本文的研究课题。 本文提出的太阳能热水器最大的特点是同时应用了真空玻璃技术和热管技术的平板式太阳能热水器。重力热管具有的热二极管特性，并且具有较强的传热能力和较高的等温性，这使得热管在太阳能的热利用中得到应用。而在太阳能平板集热器的表面使用真空玻璃作为盖板，在对于太阳辐射吸收影响不大的情况下，可以大大降低盖板外表面的散热损失，可以显著提高集热器的热转换效率。 为了探讨真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的性能，本文通过实验测量了各种天气状况下热水器的运行状况，得出了瞬时效率、日平均效率和热损系数等热性能数据，并与蜂窝热管平板式太阳能热水器和全玻璃真空管式太阳能热水器的热性能进行了比较。对三种太阳能热水器的日平均效率进行比较，在低温段(30—60℃)蜂窝热管平扳式太阳能热水器的日平均效率为0.525，真空玻璃热管平板式太阳能热水器的日平均效率为0.537，而全玻璃真空管式太阳能热水器的日平均效率仅为0.456，可以看出蜂窝和真空玻璃热管平板式太阳能热水器的日平均效率都比全玻璃真空管式太阳能热水器的日平均效率要高。在高温段(60—90℃)蜂窝热管平板式太阳能热水器的日平均效率为0.306，真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的日平均效率为0.348，全玻璃真空管太阳能热水器的日平均效率为0.325。可以看出在高温段蜂窝热管平板式太阳能热水器的日平均效率比全玻璃真空管太阳能热水器的日平均效率要低，而真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的日平均效率仍然比全玻璃真空管太阳能热水器的日平均效率要高。 对三种太阳能热水器的热损系数进行比较，在低温段(30—60℃)蜂窝热管平板式太阳能热水器的热损系数为1.11，全玻璃真空管式太阳能热水器的热损系数为1.64，而真空玻璃热管平板式太阳能热水器的热损系数为0.93。在高温段(60 一90℃)蜂窝热管平板式太阳能热水器的热损系数为1.45，全玻璃真空管太阳能 热水器的热损系数2.59，而真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的热损系数仅 为1 .08。 可以看出无论在低温段还是高温段，真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器 的热损系数都比蜂窝热管平板式太阳能热水器和全玻璃真空管太阳能热水器的 热损系数要低。这就进、一步从实验上证明了真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水 器应用了真空玻璃和热管技术后集热性能和保温性能都得到了显著的提高。 【关键词】：太阳能热水器 真空玻璃 热管 热性能
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TK513
【目录】：

• 第一章 绪论13-31
• 1.1 引言13
• 1.2 太阳能利用的发展13-16
• 1.2.1 化石能源带来的问题14-15
• 1.2.2 太阳能利用的特点及其发展前景15-16
• 1.3 我国的太阳能热水器产业发展现状16-18
• 1.3.1 太阳能等新能源产业的发展受到重视16-17
• 1.3.2 太阳能热水器产业的发展具有良好的资源和市场基础17
• 1.3.3 太阳能热利用技术日趋成熟、产业化水平不断提高17-18
• 1.4 我国的太阳能热水器产业发展面临的问题18-19
• 1.4.1 太阳能热水器市场亟待规范18
• 1.4.2 技术水平和产品质量仍须提高18-19
• 1.4.3 企业的技术创新能力有待提高19
• 1.4.4 要实现太阳能热水器与建筑的结合19
• 1.5 我国太阳能热水器产业发展趋势19-24
• 1.5.1 我国太阳能热水器产业的发展目标19-20
• 1.5.2 政府推动产业发展的几项主要措施20-23
• 1.5.3 太阳热水器将与建筑相结合23
• 1.5.4 太阳能热水器将逐步完善功能23
• 1.5.5 太阳能热水器将成为耐用消费品23
• 1.5.6 太阳能热水器将进一步扩大应用范围23-24
• 1.6 目前我国太阳能热水器的种类24-28
• 1.6.1 平板式太阳能热水器24-26
• 1.6.2 全玻璃真空管式热水器26-27
• 1.6.3 热管式太阳能热水器27
• 1.6.4 热管-真空管式太阳能热水器27-28
• 1.7 本文研究内容简介28-30
• 1.8 本章小结30-31
• 第二章 真空平板玻璃技术31-54
• 2.1 真空玻璃的结构31
• 2.2 真空玻璃的性能31-34
• 2.2.1 真空玻璃的隔热性能31-32
• 2.2.2 真空玻璃的防结露结霜性能32
• 2.2.3 真空玻璃的隔声性能32-33
• 2.2.4 真空玻璃的抗风压性能33
• 2.2.5 真空玻璃的超级组合特性33-34
• 2.3 真空玻璃的隔热原理34-39
• 2.3.1 真空玻璃的传热过程35-38
• 2.3.2 真空对隔热性能的影响38-39
• 2.3.3 镀膜对隔热性能的影响39
• 2.4 真空玻璃中的应力39-47
• 2.4.1 大气压产生的应力40-44
• 2.4.2 温度差产生的应力44-46
• 2.4.3 风压产生的应力46
• 2.4.4 积聚的机械能46-47
• 2.5 真空玻璃技术的发展47-53
• 2.5.1 真空玻璃技术的起源47-48
• 2.5.2 真空玻璃技术的发展48-51
• 2.5.3 真空玻璃的产业化51
• 2.5.4 真空玻璃的应用51-52
• 2.5.5 真空玻璃的未来52-53
• 2.6 本章小结53-54
• 第三章 热管技术54-71
• 3.1 热管的发展简史54-56
• 3.2 热管的工作原理56-57
• 3.3 两相闭式热虹吸管(重力热管)57-58
• 3.4 热虹吸管传热过程中的七个环节及换热热阻58-61
• 3.5 热虹吸管的传热过程61-68
• 3.5.1 冷凝段的传热62-65
• 3.5.2 蒸发段的传热65-67
• 3.5.3 关于换热系数的讨论67-68
• 3.6 两相闭式热虹吸管在太阳能热水器中的应用68-70
• 3.6.1 两相闭式热虹吸管在太阳能热水器中的适用性68
• 3.6.2 两相闭式热虹吸管在平板太阳能热水器中的应用68-70
• 3.7 本章小结70-71
• 第四章 真空玻璃盖板热管平板式太阳能集热器的结构设计及理论计算71-85
• 4.1 真空玻璃盖板热管平板式集热器的结构及工作原理71-72
• 4.2 热管的选用72-73
• 4.3 真空玻璃盖板的尺寸设计和安装73
• 4.4 集热器的主要尺寸及其它主要结构73-76
• 4.5 真空玻璃盖板热管平板式集热器性能的理论计算76-84
• 4.5.1 集热器的能量平衡方程76-78
• 4.5.2 集热器透过率-吸收率的乘积78-80
• 4.5.3 集热器的热损失系数80-82
• 4.5.4 瞬时效率的计算82-84
• 4.6 本章小节84-85
• 第五章 真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的实验研究及数据分析85-114
• 5.1 真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器集热性能试验方法的概述85-87
• 5.2 太阳能热水器的实验装置87-89
• 5.3 测试方法及实验用主要仪表89-93
• 5.3.1 温度测量方法89-93
• 5.3.2 太阳辐射量的测量93
• 5.3.3 风速的测量93
• 5.4 热管性能测试93-97
• 5.5 实验数据分析和结论97-113
• 5.5.1 两种热水器测试数据分析97-105
• 5.5.2 不同气候情况下的数据比较105-111
• 5.5.3 结论111-113
• 5.6 本章小节113-114
• 第六章 全文总结114-117
• 参考文献117-121
• 致谢121

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