换热器对平板型太阳热水系统热性能的影响分析.pdf
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1、黔南 民族 师范 学院 学报 2 0 0 8年 第 3期 换热器对平板型太 阳热水 系统热性能的影响分析 黄金保,浦绍选,高文峰(1 黔南民族师范学院物理 系,贵州 都 匀 5 5 8 0 0 0;2 云南师范大学 太阳能研 究所,云南 昆明6 5 0 0 9 2)摘 要:分析 了换热 器对 集热器效率的影响,确定 了换热 器对 集热器的 削弱 因子;提 出了二 次换热平板 型 太阳热水 系统的能量方程。对 自然循环二次换热平板型太阳热水系统系统的热性能进行了测试与分析,测试表明,自然循环二次 换热平板型太阳热水器的平均 日效率低于普通平板型太阳热水器,但高于真空管太阳热水器。关键词:换热器;
2、太阳热水 系统;削弱因子;热性能 中图分类号:T K 5 1 文献标识码:A 文章 编号:1 6 7 42 3 8 9(2 0 0 8)0 3 0 0 1 3 0 4 Ana l ys i s o n t h e Ef f e c t O f He at Ex c ha n g e r s on The r m a l Pe r f o rm a n c e o f t he Fl a t Pl at e So l a r W at e r He at e r s HU ANG J i nb a o P U S h a ox u a n GAO We nf e n g (1 D e p t o
3、 f P h y s i c s E l e e t r o n i c S c i e n c e,Q i a n n a n N o r m a l C o l l e g e f o r N a t i o n a l i t i e s,D u y u n 5 5 8 0 0 0 C h i n a;2 S o l a r E n e r g y R e s e a r c h I n s t i t u t e,Y u n n a n N o rma l U n i v e r s i t y,K u n m i n g 6 5 0 0 9 2,C h i n a)Ab s t r
4、a c t:T h e e ffe c t o n t h e c o l l ec t o r e f fi c i e n c y o f u s i n g a h e a t e x c h a n g e r i s a n a l y z e d a n d a“h e a t e x c h a n g e r p e n a l f a c t o r”i s d e t e r mi n e d;e n e r-g Y e q u a t i o n s i n fi a t p l a t e s o l a r wa t e r h e a t e r s wi t h
5、h e a t e x c h a n g e s a r e g i v e n Ou t d o o r t e s t s a n d a n a l y s i s o f t h e rm al pe r f o rm a n c e of t h e t h e rm o s y ph o n fia t p l a t e s o l a r wa t e r h e a t e r s wi t h ma n t l e h e a t e x c h a n g e s h a v e b e e n t a k e n,a n d t h e e x p e rime n
6、t r e s u l t s s h o w t h a t a v e r a g e d a i l y e f fi c i e n c y of t h e rm o s y-p h o n fi a t p l a t e s o l a r wa t e r h e a t e r s wi t h ma n t l e h e a t e x c h a n g e s i s l o we r t h an t h a t of t h e r mo s y ph o n fia t p l a t e s o l a r wa t e r h e a t e r s wi
7、t h o u t h e a t e x e h a n g e s,b u t h i g h e r t h a n t h a t of a l l g l a s s e v a c u a t e d t u b u l a r s o l ar wa t e r h e a t e r s Ke y wo r d:h e a t e x c h a n g e r s;s o l ar wa t e r h e a t e rs;pe n al f a c t o r;t h e rm al p e rf o rm a n c e 0 引言 在全国太 阳热水器市场中,平板型太 阳
8、热水器所占份额不足 2 0,主要原因是没有很好 的解决抗 冻问题。目前常用的防冻措施大致有 以下几种:l-1 J 一、选用热管式集热器或全玻璃真空管集热器;二、用防冻液作集热器传热工质的二次换热系统;三、设计落水式强制循环系统;四、设计贮水箱内的热水在 夜间形成 自动循环系统;五、采用集热器及其管道中的存水 自动排空系统;六、在集热管的下联箱和室外 管道上敷设电热条。后面四种防冻措施管路和控制系统复杂,给用户使用带来不便,选用热管式集热器 或全玻璃真空管集热器,效率偏低且玻璃流道管不宜于太阳能建筑一体化,而采用防冻液作集热器传热 工质的二次换热系统是一种有效的防冻措施。本文对换热器对平板太阳热
9、水器热性 能的影响进行 了理 论分析,并对带夹层换热器的太阳热水的热性能进行了测试与分析。1 换热器对 自然 自然循环 平板太 阳热水 系统 的影 响 1 1换热器对集热器性能的影响 收稿 日期:2 0 0 8 0 3 0 5 作者简介:黄金保(1 9 7 6一),男,江西宁都人,黔南民族师范学院物理 系讲 师、硕士,研究方向:太阳能光热利 用技术。l 3 维普资讯 http:/ 黔南民族师范学院学报 2 0 0 8年第3期 在寒冷地 区,为了防止集热器在冬季被冻坏,在集热器与贮水箱之问设置换热器,构成二次换热系 统,集热器一侧用防冻液,从而解决了集热器的防冻问题。二次换热太阳能热水器与普通太
10、阳能热水器 相比,由于增加了一个换 热器,换 热器里存在着传 热温差,使 得换热 器出 口温度 即集 热器进 口温度 (或 )升高,这样集热器性能将降低,从而整个系统的热性能降低。对于换热器和水箱为一体的太阳热水系统,为得到一个含有削弱 因子的新的集热器效率方程,可作 如下合理的假设:集热器内平均流体温度 等于换热器内平均流体温度,即:(+)2=:(1)集热器获得的有用能量(Q ),用下式表示:(Q ):F,A ,(丁 )一(A)(一 )(2)系统热容忽略不计。换热器的换热量用下式表示:Q h=(A)h(一 )(U A)h(一 )(3)循环管的热损量,用下式表示:Q p f:()p j(一 )
11、(4)式中()为循环管的热损系数 W K。由于系统热容忽略不计,可得能量平衡方程:(Q )一Q :Q h (5)将式(2),(3),(4)代人式(5),可得:F A I(T o t)一()(一 )一()P f(一 ):()h(一 )(6)解上式可得流体平均温度,F (A)+(A)P f +(A)h +F A ,(丁 ),一,、(A)h+(A)+F (U A)、把(7)式代人(2)式,可得:(Q ):艺 古 F A ,(丁)一 :(T o):丽 c 2:丽 知 朋:(Q ):c F ,(丁 )一C F (A)()(8)由于()远小于()h,C C 2:F h,(8)式可写成:(Q ):F h F
12、 ,(丁 )一(A)(一 )(9)因此,集热器效率为:巩 F 一 )(10)上式 F h称为集热器效率削弱因子。如果系统没有设换热器,那么 F h:1。1 2带换热器的太阳热水系统的能量方程 对于带有夹层水箱换热器 的自然循环系统,水箱获得的有用能量为:(Q )=Q h=(Q )一 (1 1)将式(4),(9)代人(1 1)可得:(Q )=F h F,(T O t)一(A)(T o)一(U A)(一 )(1 2)将式(1),式(3),式(1 1)和式(1 2)联立求解,经整理后可得到 :一:!二!r 1、(A)h+()1 4 维普资讯 http:/ 黔南 民族 师范学院学报 2 0 0 8年第
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