第一章太阳能光热系统设计

代表产品示例
产品特点
1891年美国肯普发明第一 台“顶峰”热水器到1913 年贝利改进的防冻功能热 水器，产水温度40℃左右 ，效率低、隔热性能差。
1945-2000年 推广应用阶段 代表产品（一 ） 平板型 太阳能集热器
表面吸收涂层从非选择性 涂层到选择性吸收涂层， 如铝阳极氧化、镀黑镍、 镀黑铬等。透明盖板从普 通平板玻璃到钢化玻璃。 性能也随之不断提高。 我国90年代引进加拿大铜 铝复合条带吸热体生产线 ，开始广泛应用至今； 太阳吸收率92%左右、红 外发射率10%—20%。
特点： 1、工质在真空管内的金属 流道内循环加热。 2、承压高。 3、抗机械冲击性能差。 4、中温时集热效率高，热 损小。 5、造价适中。 6、可与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、 闭式和用水温度较高系 统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、应用范围广，不受区域、 环境等限制。
6034 3664
46.9
33.1 20
合计
12600
11340 1260
1800
1620 180 90 10
63000
9000
中 国
真空管太阳能热水器 平板型太阳能热水器
全球太阳能热水器统计数据（二）
全球太阳能热水器产品中，真空管太阳能热水器主要分布在我国(占全球总 量的97％)，平板型太阳能热水器广泛地分布在欧洲、亚洲、美洲和大洋洲。 各国不同类型太阳能热水器所占市场份额（100%）
吸收率90—92%，发射率8% 左右。 主要分布在我国；家用一 体机占90%市场份额，适用 广大农村市场；热损较小 ，具有一定抗冻性，国内 标准化配套厂多，价格低 廉，热容量大。 易结垢，安全可靠性差， 寿命短；工程化应用不能 承压，抗热应力能力差、 维护量大，寿命短不足十 年，不易与建筑结合。
推广应用阶段（二）
2000年-至今 广泛应用阶段 高效平板型 太阳能集热器
全球太阳能热水器统计数据（一）
按集热器的类型，全球太阳能热水器产品可分为：真空管型太阳能热水 器、平板型太阳能热水器、其它类型太阳能热水器。这几种产品在全球 太阳能热水器总保有量中的比例分别是47%、33%和20%。
年安装量 运行保有量
总量 /MWth
发展时代
应用特点
代表产品示例
产品特点
可承压运行，管内不走水 ，可产中高温热水，热损 较小，能与建筑结合；造 价高、抗热应力变形能力 差、效率较低、安全可靠 性差； U型管式真空管闷晒会使 翅片氧化破坏，热管式真 空管存在结垢、换热不足 、过热爆管等问题；直流 管式真空管存在漏气、翅 片氧化破坏等缺点； 整体技术不够成熟，安全 可靠性差、寿命短、造价 高；工程应用少。
太阳能光热系统设计
陈洪涛
课程概况
• • • • 课程名称：太阳能光热系统设计 课程性质：专业限选课程 学时：30+6 教材：无
考核办法
• 课程的成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分 组成： • 1.平时成绩包含考勤和实验，考勤占总成绩的 20%，无故缺课一次扣4分，扣完为止。实验 占总成绩30%，视完成情况酌情给分。 • 2.期末考试，占总成绩的50%。 • 注意：1.考勤缺席总课时三分之一者，取消考 试资格。 • 2.实验不及格者，取消考试资格。 • 3.作业缺三分之一者，取消考试资格。
特点： 1、工质在真空管内直排热。 2、非承压，抗机械冲击性 能差。 3、集热效率低、抗过热能 力差。 4、热损小。 5、造价低。 6、不易与建筑结合。 7、内外热冲击时，存在炸 管泄漏的可能。 8、适用于强制循环开式和 自然循环式系统。 9、可靠性不高，寿命短。 10、应用范围广，不受区域、 环境等限制。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
91% 92% 96% 100% 100%
90% 81%
10%
中国
冰岛
法国/丹麦
德国
日本
西班牙
以色列
印度
平板型太阳能热水器
真空管型太阳能热水器
我国1998～2009年太阳能热水器年生产量、保有量和增长率
年份 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 总产量 万㎡ 350 500 640 820 1000 1200 1350 1500 1800 2300 3100 4200 5200～5400 MWth 2450 3500 4480 5740 7000 8400 9450 10500 12600 16100 21700 29400 36400～ 37800 比上年增 长（%） 43 28 28 22 20 12.5 11.1 20 30 25.8 35.5 24～33 保有量 万㎡ 1500 2000 2600 3200 4000 5000 6200 7500 9000 10800 12500 14500 17100～ 17300 MWth 10500 14000 18200 22400 28000 35000 43400 52500 63000 75600 87500 101500 119700～ 121100 比上年增 长（%） 33 30 23 25 25 24 21 20 20 15.7 16 17.9～ 19.3
代表产品示例
产品特点
磁控溅射金属陶瓷涂层， 吸收率95%以上，发射率 3%-5%，既可作为家用产品 配套成一体机、也可量身 打造各种分体组合；可设 置于建筑斜屋面、建筑外 墙、阳台等； 工程化应用方面，为公共 建筑、居住建筑提供满足 不同地域气候特点的中央 热水系统； 产品高效、安全、可靠， 运行维护简单，寿命长， 全世界90%以上的国家广泛 应用，是能源部重点推荐 发展的节能产品。
太阳能集热器简介
成本低廉、角度任意 层数灵活、完全排空 防垢优良、除垢容易 防尘明显、抗风高超 整齐划一
真空管集热器(竖置)
全玻璃真空管集热器特点： 结构简单易于制作、价格相对较低、环境温度低下时效率仍然比较高。 材质易碎、不能承压运行、可靠性差。
热管集热器
热管真空管集热器特点： 耐冰冻—热管抗冻 启动快—工质热容小 保温性能好—热二级管 承压能力强—金属流道 耐热冲击性能好—金属流道 易于安装维修—干式连接 价格较高、不宜干晒、需要一定 角度
太阳能热水器国家标准
到2013年初，已颁布实施的太阳能热水器国家标准共有20项。
产品/系统试验、测试方法 GB/T148901994 GB/T154051994 工作直接日射表的校准方 法 被动式太阳房技术条件 和热性能测试方法 太阳能在地面不同接收条 件下的太阳光谱辐照度标 准第1部分大气质量1.5的 法向直接日射辐照度和半 球向日射辐照度 家用太阳能热水系统 热性能试验方法 太阳能热水系统性能评价 规范 太阳能集热器热性能试验 方法 家用空气源热泵（辅助） 型太阳能热水系统技术条 件 GB/T1914 1-2011 GB/T1704 9-2005 产品标准 家用太阳能热水系统 技术条件 全玻璃真空太阳能集 热管 工程设计、安装、验收规范 GB/T18713 -2002 GB503642005 太阳能热水系统设计 、安装及工程验收技 术规范 民用建筑太阳能热水 系统应用规范
我国太阳能利用相关政策
2006年，全国人大颁布了《中华人民共和国可再生能源法》。 2007年4月，国家发改委下发了《推进全国太阳能热利用工作实施方案》。 2007年5月，国家发改委、住建部下发了《关于加快太阳能热水系统推广应用工作的 通知》。 2008年10月1日国务院颁布的《民用建筑节能条例》开始实施。《条例》第4条规定， 有关地方人民政府应当采取有效措施，鼓励和扶持单位、个人安装使用太阳能热水系 统„„等太阳能利用系统。 2009年，财政部、城乡住房建设部组织实施一省三市、一省四县可再生能源示范项 目：对于可再生能源应用的城市，鼓励太阳能、热泵等可再生能源与建筑结合，中央财 政安排专项补助，每个城市补贴5000万元～8000万元，每个示范城市（地级市）建筑应 用面积不低于200万平方米。住房与城乡建设部负责人表示，今后我国每年将选择20个 城市作为可再生能源的示范城市。 2010年4月1日，《中华人民共和国可再生能源法》修正案施行，新法进一步确定了 国家设立可再生能源发展基金等制度。 据不完全统计，全国有二十个省市区和八十多座城市出台了太阳能强制安装政策和 优惠政策，要求新建12层以下建筑必须安装太阳能热水系统，有些省市如山东，北京等 对集中安装太阳能热水系统还直接给予资金补贴。
广泛应用阶段
发展时代
应用特点
进入2000年以来 ，世界范围内的 能源危机、环境 污染日趋严重， 以德国为代表的 欧洲国家在平板 太阳能应用开发 、研究方面已赶 超美日。德国技 术的蓝膜涂层-磁控溅射金属陶 瓷涂层，吸收率 达95%以上，发 射率小于5%，涂 层50年衰减率不 大于10%，稳定 性、可靠性达到 了几近完美的程 度。
我国2001～2009年三种热水器市场占有率
在太阳能热水器、电热水器和燃气热水器三种产品的比较中，太阳能热水器经济、 节能、安全、环保，随着减排、低碳时代主题的推进，太阳能热水器的市场份额逐 年提升，至2008年已经超过电热水器、燃气热水器的总和，成为热水器的主体。
80 70
56.7%
60 50
38.5%
• 第一章 绪论
太阳能热利用（产品）发展
初级和推广应用阶段
发展时代
1891-1945年 初级阶段 闷晒式
应用特点
自觉利用太阳 能的初级阶段 ；受世界范围 石油类资源开 发影响发展缓 慢，年销售量 1000台左右 世界能源危机 促使日美欧国 家重视太阳能 开发应用，70 年代末世界销 量300万台；90 年代日美法德 以色列等均有 上千万套住宅 使用；
特点： 1、采用金属吸热板芯加热 工质，国外镀膜工艺。 2、承压高。 3、抗机械冲击能力好。 4、低温热效率高，热损大。 5、造价适中。 6、易与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、 闭式和自然循环式系 统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、适宜南方，环境质量好，风小的区 域。
推广应用阶段（一）
发展时代
应用特点
美国欧文斯伊利诺依（ OwensIllinois)公 司发明并于 1975年率先推 向市场；清华 大学于1979年 初开始研制， 1993年起开始 实施规模生产 ，在我国家用 太阳能热水器 行业得到了广 泛应用。
代表产品示例
产品特点
1975年-至今 推广应用阶段 代表产品（二 ） 全玻璃真空管 太阳能集热器
合计 18260
总量 /(×104 ㎡) 2608
比例 ﹪
总量/MWt 127800
总量 /(×104 ㎡) 18255
比例 ﹪
世 界
真空管太阳能热水器
平板型太阳能热水器 其它类型太阳能热水器
11548
5107 1602
1650
730 229
63.3
28.0 8.8
59892
42238 3597
8556
普通真空管内 设置U型导管 2000年-至今 、导热翅片或 推广应用阶段 真空管与热管 代表产品（二 结合，以使真 空管集热模块 ） 真空管改进中 能承压运行的 集热器； 产品：U型管式 两种产品均不 真空管、热管 能有效解决过 式真空管、直 热、热应力破 流管式真空管 坏、效率低等 技术问题，未 能从实验室走 向市场
真空管型太阳能集热器
热管式真空管型 太阳能集热器
U型管式真空管型 太阳能集热器
全玻璃真空管型 太阳能集热器
特点： 1、在真空管内带有吸收涂层 的吸热体传热至热管内相 变材料加热工质。 2、承压高。 3、抗机械冲击性能差。 4、高温时集热效率高、热损 小。 5、造价适中。 6、可与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、闭 式和用水温度较高系统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、应用范围广，不受区域、 环境等限制。
50.8%
40
28.23%
30 20 10 0
2001年
15.2%
22.2%
2003年
2005年
2007年
2008年
2009年
太阳能热水器
电热水器、燃气Baidu Nhomakorabea水器
目前主流产品(集热器）
太阳能集热器:
平板型太阳能集热器 真空管型太阳能集热器
平板型太阳能集热器
黑铬
蓝膜
特点： 1、采用金属吸热板芯加热 工质，国内镀膜工艺。 2、承压高。 3、抗机械冲击能力好。 4、低温热效率低，热损大。 5、造价低。 6、易与建筑结合。 7、抗内外热冲击性能好。 8、适用于强制循环开式、 闭式和自然循环式系 统。 9、安全、可靠、寿命长。 10、适宜南方，环境质量好，风小的 区域。