u型管集热器与平板集热器对比

真空管太阳能集热器和平板太阳能集热器的优缺点------（摘自2009年4月22日中国国际太阳能热利用大会专家报告）一．平板太阳能的几种板材集热器：铜铝复合阳极化板芯集热器；全紫铜选择性涂层板芯集热器；全紫铜氮氧化钛涂层板芯集热器共三种。

二．平板太阳能集热器的制作方法：平板型太阳能集热器板芯及其制造方法，板芯由两块金属薄板叠在一起，四周采用咬缝工艺连接在一起，制成平板型金属吸热体，底部用镀锌板和保温棉垫底，上部用玻璃板盖住，四周用橡胶条密封。

受光面板上沟槽的槽底与背板冲压连接在一起，形成横向和纵向互相连通的工质流道。

三．平板太阳能的特点：1.平板式太阳能在70年代就已经发明和应用，自从80年代发明真空管太阳能后，在整个业界平板式太阳能就慢慢退出市场（在广东，云南，海南等省至今还有在推广和使用），太阳能热水器也经历了焖晒式太阳能，平板式太阳能，真空管式太阳能，真空热管式太阳能的发展历程。

2.平板式太阳能工作原理是采用玻璃温室效应的原理实现对热水的加热。

从它的制作方式就可知道平板式太阳能的低效率，有的太阳能企业在说明它的高热效率如：高吸收率：αs≥92％，低发射率：εh≤10％，日平均热效率ηd≥55％。

是一种不负责任的表现。

作为一种集热板它在吸热的同时也会进行散热，而热量的传递只有三种方式：辐射，传导，对流。

平板式太阳能的三种散热传热方式均很明显，发射率随集热器内的水温升高而增大。

实际上平板式太阳能集热器的热效率不足54%。

3.平板太阳能的使用寿命：采用铜铝复合工艺，经轧制后形成铜质流道和铝质吸热翅片，板芯表面经阳极化处理形成选择性吸热涂层，或采用优质选择性涂层或电镀黑铬涂层。

A.由于涂层材料在阳光的照射和空气的氧气的氧化下，在三至五年就开始老化，变成浅白色，从所安装的平板太阳能工程实例就可见一斑。

B.集热器的铜管容易在水的作用下，产生铜绿，在水的冲刷下变薄，特别是焊接口，在几年后就容易穿孔，这也是不争的事实，使用铜管的平板式太阳能和热泵换热器均如此。

真空管集热器与平板集热器性价比大比拼新能源与可再生能源行业协会副理事长：罗运俊编者的话：《我国太阳能行业将要迎来‘平板’时代》一文在《太阳能信息》报B册193期刊登后，接到了几十位行业人士的咨询电话，有咨询平板太阳能市场的，有咨询平板太阳能技术问题的，也有咨询国外平板太阳能发展情况的……在此，我们感谢广大读者对中国太阳能事业的关注，同时也感谢各位提出的宝贵建议。

本期就部分专家的观点摘录如下，与大家一起分享。

一、平板太阳能集热器1、平板太阳能集热器介绍平板型太阳能集热器板芯及其制造方法：板芯由两块金属薄板叠在一起，四周采用咬缝工艺连接在一起，制成平板型金属吸热体，横向和纵向互相连通的工质流道（铜管）为焊接，集热器底部用镀锌板和保温棉垫底，上部用玻璃板盖住，四周用橡胶条密封。

受光面板上沟槽的槽底与背板冲压连接在一起。

1、平板太阳能集热器特点a.)平板型太阳能集热器是金属管板式结构，热效率高，产热水量大，可承压，耐空晒，水在铜管内加热，质量稳定可靠，免维护，15年寿命.b.)无抗冻能力，适合于广东、福建、云南、广西、海南等冬天不结冰地区使用，性价比高.c.)规格：1×2㎡，无云晴天产50℃~65℃ 热水量：75~120kg/ m2d.)高吸收率：αs≥92%,低发射率：εh≤8%，日平均热效率：ηd≥55%.二、全玻璃真空管太阳能集热器1、真空管太阳能集热器介绍真空管太阳能集热器的结构：分内外管，内管内壁有水银涂层，内管外壁有吸热涂层，内外管之间是真空层；外管是透明的玻璃，内外管均采用高硬度的高硼硅玻璃；一端有进出口，另一端封闭。

2、真空管太阳能集热器特点a.) 全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-20℃的地区使用。

b.) 不承压，使用时不能缺水空晒，否则玻璃管易爆裂。

c.) 规格：有多种规格可供选择，无云晴天产50℃~55℃热水量：70~130kg/ m2d.) 高吸收率：αs≥90%,低发射率：εh≤8%，日平均热效率：ηd≥50%.三、两种集热器对比分析1.热性能技术的分析与对比太阳能集热器按集热温度基本上可分为三大类，即低温(60摄氏度以下)，中温(60~80摄氏度)和高温(80摄氏度以上)。

1、集热器分类太阳能热利用系统中，接受太阳能辐射并向水传递热量的部件，成为太阳能系统的核心部件。

其集热效率、安全性、使用寿命、可维护性、经济性等方面因素影响业主选择。

按集热器吸热体的不同结构分为平板型集热器、全玻璃真空管集热器、直流(或U型)真空管集热器及热管集热器四大类。

1).集热器实景图片①平板集热器②全玻璃真空管集热器③直流式真空管集热器④热管集热器2).集热器结构图及原理①平板集热器②全玻璃真空管集热器1.平板集热器是以金属吸热板芯为吸热换热本体,并采用玻璃及金属围护结构辅以保温材料制成的外型似平板的一类低温集热器。

2.利用太阳辐射将集热器内闷晒加热.3.因其传递热能部件是金属结构，故使用寿命长，且能承压使用。

1.全玻璃真空管太阳能集热器俗称为拉长的保温瓶，内胆外壁有太阳能吸收涂层，内胆装水，内外玻璃层为高真空度，起到保温隔热作用。

2.利用玻璃管的冷热水分层的后热水上浮产生虹吸的原理，冷热水自然循环，将冷水逐步加热。

3.因其与容水金属部件需采用橡胶（通常使用耐老化的硅胶）连接，故不能承压。

③直流式真空管集热器④热管集热器直流管集热器是结合平板集热器承压特点与全玻璃真空管集热器真空保温效果好的特点制成的中高温类玻璃-金属太阳能集热器，故承压能力及保温效果均优于以上两类集热器1.热管集热器是利用热媒相变的热管技术制成的高温集热器.2.能制备250℃以上的高温蒸汽.3) 四种太阳能集热器特点集热器类型平板型集热器全玻璃真空管集热器直流真空管集热器热管集热器集热器产水量(最低、三月份、最高/全年) 每平方米（56L～74L～117L）/88L每平方米（44L～59L～89L）/63L每平方米200L每平方米200L集热器全年效率65.29% 60.57%系统全年热效率45%以上40%以上55% 58%承压能力8kg/cm2不承压,最大工作压力0.3kg/cm210kg/cm216kg/cm2最高温度86℃100℃150℃蒸汽250℃蒸汽使用寿命20年玻璃管的真空度一般在4-5年就不保真,进而吸热效率降低20年20年排污功能集热器有排污阀，易排污真空管下端密封，无排污功能，使用一年结水垢较多，热效率降低集水槽有排污阀，可排污集水槽有排污阀，可排污安全性高低高高抗台风能力高低高高放置方式与水平面有夹角与水平面有夹角可水平放置可水平放置应用领域热水热水热水及蒸汽热水及蒸汽。

平板集热器与真空管集热器的优劣式对⽐平板型集热器真空管集热器材料和寿命全紫铜板芯、铝合⾦边框的传统材料，性能稳定使⽤寿命30年，适合⼤⾯积使⽤，易与建筑结合玻璃材质、接⼝处橡胶圈容易⽼化，集热器的受⽤寿命10年，易出现炸管，导致整个系统瘫痪，不适合⼯程⼤⾯积使⽤集热器热性能涂层及其吸热效果相当，每平⽶集热器的有效采光⾯积0.92平⽶，管内不可利⽤的⽔量1公⽄/平⽶，⽇产⽔量为80L-100L涂层及其吸热效果相当，每平⽶集热器的有效采光⾯积为0.56平⽶，管内不可利⽤的⽔量为9公⽄/平⽶，⽇产⽔量60L-80L保温性能采⽤岩棉或基⼄烯等传统保温材料保温，效果较真空管略差，环境温度较低情况下其防冻性能较差采⽤两层玻璃间的真空保温，效果较平板略好，其防冻⾏较好系统防冻措施采⽤独特的排空防冻管理加电伴热带结垢影响⽔垢是在⽔温较⾼的情况下产⽣的，低温⽔不易结垢，掺⽔温度⼦45-60度之间，不宜结垢产⽔温度⼦60-80度之间易结垢，⼀般内胆不易结垢，主要集中在内胆下部由于冷凝末端温度较低容易产⽣⼤量⽔垢，影响即热效率运⾏⽅式可承压运⾏不能承压运⾏使⽤成本合理的系统配置使其后期使⽤成本低⾼总结在热⽔⼯程中，平板型集热器的热性能良好，运⾏安全可靠，产⽔量⼤，使⽤寿命长，易于建筑结合，国外90%以上均为平板型具有良好的保温性能，⽆需进⾏系统的防冻设计，适合于家⽤，其在国内市场占有率较⾼，约为80%九阳全天候系统特点优先使⽤太阳能、充分利⽤太阳能、最少使⽤常规能源、24h供应热⽔，设备和系统永远不冻（机械排空防冻）、系统⽆⼈值守全⾃动运⾏。

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而真空管型太阳能集热器是双真空工作状态，吸收的热量在真空状态下都被及时转换；热转换效率达70％以上，冬季最需要热量时效果尤为突出。

2、真空管型集热器的发射率比平板太阳能低,解释为：太阳能在同样面积下照射，但平板太阳能集热器由于是平面，将部份太阳光反射掉;平板发射率为9％真空管反射比例小，热管发射率为6％,所以其效率明显高于平板太阳能集热器；3、真空管是双真空工作状态，吸收阳光后在真空状态将热量迅速带走，而平板太阳能只是在吸收层上加了一层玻璃,玻璃和支架间是用橡胶条进行密封，所以保温性能差,热量损失也大,再加上转换效率低，相同情况下得热量也就低了；4、抗低温性能对比:真空管太阳集热管作为太阳能集热部件,其独特设计结构保证了集热器在家庭用热水工况下有很高太阳能热转换效率.集热管在真空状态下吸收并转换热量，管内保持10-3Pa的真空，能抗-40℃超低温，而平板太阳能是在非真空状态下工作，最多也只能抗冻—5℃低温,超过-5℃只能采用系统排空方式或用循环介质传热，方可保证系统正常，如果不是用导热油作为传热介质,则冬季要对管道进行排空处理，否则温度低时容易把管道冻裂.5、恶劣环境下自清洗，抗冻雹；随着环境污染越来越严重，极端恶劣天气和自然灾害也越来越多。

目前国内使用的太阳集热器类型主要有平板型集热器、全玻璃真空管集热器、热管真空管集热器、U形管真空管集热器。

各自的特点如下：平板型太阳集热器在春、夏、秋三季使用时效率高，且可以承压运行，但保温性能不如真空管太阳集热器，适合在春、夏、秋三季使用；如果冬季使用，应做特殊设计(采用回流防冻或防冻液二次回路防冻)，但集热效率很低。

且如采用回流防冻的方法，一旦回流不畅，平板集热器将可能被冻坏。

另外，平板型太阳集热器放置时，采光面必须有倾角（在杭州使用，倾角应在30°左右），布局摆放会受到一定限制。

全玻璃真空管集热器在-25℃的低温条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，冬季利用太阳能的效率比其它产品高，且成本较低，布局摆放不受角度限制；但全玻璃真空管集热器不能承压，且存在真空管破碎时液体的泄漏的问题，因此存在系统不可靠的问题。

热管真空管集热器可在零下50℃条件下使用，能够承压运行，可以直接用水作为传热介质，可靠、安全，方便，且冬季集热效率也较高，布局摆放也不受角度限制。

但产品成本稍高，热管真空管集热器生产时，技术要求较高，因此各个厂家的产品质量差别较大，选择时应特别注意。

U形管真空管太阳集热器是在真空管的内壁插入了一根U形的铜管，利用传热介质在U形铜管内流动将真空管吸收太阳热能带走，因而可封闭带压循环，不存在炸管泄漏问题，布局摆放也不受角度限制；但由于U形管集热器必须采用防冻液介质循环，成本相对也高，管理使用不方便。

综上所述，不同类型的太阳能集热器各有其优缺点。

考虑到该项目属于在奥体中心使用，要兼顾到先进性、可靠性、太阳能与建筑的协调性等因素，综合考虑，我们认为：选择热管真空管集热器比较理想。

具有可靠、高效、先进、维护管理方便，容易与多种建筑形式巧妙结合等特点，是今后太阳能发展的潮流和方向。

（1）太阳能集热器目前国内使用的太阳能集热器主要有平板集热器、真空管集热器、热管集热器。

平板集热器：优点：容易与建筑结合，承受压力能力高，维修率低。

一、太阳能热水器过热、过压保护传统的分体式太阳能热水器多采用U形管集热器或热管型集热器，以上两种集热器由于采用玻璃外管（如下图），内部呈真空状态，所以极易产生过热现象。

过热造成的危害一般是两方面：一是由于新房交工、装修期间或用户不使用期间极易造成集热器空晒，致使集热器吸热翅片温度超过160℃时产生氧化，因而损坏集热器或大大缩短其使用寿命和集热效率；二是水箱温度过热易造成烫伤、过压或水箱内胆搪瓷层脱落或开裂，因为造成水箱内胆损坏。

目前，电热水器的国家标准中规定，最高温度不允许超过75℃的原因也是基于以上原因。

综合上述因素，我公司推荐本项目使用平板分体式太阳能热水器。

平板集热器是一项很成熟的技术，在国外的市场占有率高达75%以上，在国内由于其价格较高，所以占有率较低。

平板集热器的优点一是在低温热水（60℃）应用中效率最高，平均热性能高于其它类型集热器10%以上；二是不会产生高温，因平板集热器不能采用真空工艺，所以在高温状态下其热损较大，故系统不会有高温、超压现象；三是安全，相比真空管型集热器，无炸管、漏水等安全隐患。

二、市场情况目前我国太阳能集热器产品中，占绝对主导地位的全玻璃真空管集热器，其在与建筑物的结合方面却存在一系列问题：1、运行安全问题：玻璃管直接与被加热的流体接触，由于玻璃管易破碎，极易造成系统瘫痪。

2、密封可靠性问题：玻璃管与金属水箱密封只能靠硅胶圈，对硅胶耐温、耐老化的要求极高，稍有不慎会漏水；玻璃管中也易形成水垢，很难清除；室外管道在北方也存在冻裂的隐患，等等。

都影响系统的可靠性。

3、承压运行问题：由于真空管本身的耐压能力限制，以及真空管与水箱之间的软连接结构，使得系统不能承压运行，无法提供高品质的热水，限制了该类热水器的进一步推广和大面积系统的应用。

4、与建筑结合问题：现在的太阳能热水器在建筑上安装极为混乱，排列无序，给建筑景观、建筑安全性都带来了不利影响。

5、集热器寿命问题——玻璃管的绝热性能依赖真空夹层，真空度的保持年限无法达到建筑行业要求。

三种太阳能热水器集热管的换热情况进行分析
集热器的瞬时效率方程是评定集热器换热的惟一依据。

从理论上说，在相同条件下，瞬时效率越高，集热器的集热性能就越好。

二南师范大学太阳能研究所的研究成果表明；平板型集热器与真空管集热器在不同的大阳辐射强度情况下，所表现出的效率是不同的，在太阳辐射强度比较低的时候。

全玻璃真空管集热器能接受部分散射光，所以其热效率比平板集热器的热效率要高。

在太阳辐射强度较高的情况下，真空管的两层玻璃使透过率降低，反射率升高，其热效率比平板太阳能集热器低。

总的来说，在一天中，在相同的条件下，平板集热器总的得热量比真空管集热器稍高。

它们都有一个共同的趋势，随着集热器运行温度的升高，其效率将沿直线下降。

热管是一种效率很高的换热元件．它能通过小的表面积传递大的热量，因此在热瞥式真空管集热器安装初期，其热效率比较高，可以达到50％—60％。

u型管式集热管的换热原件使用导热性能优越的金属管制成，其换热性能不随时间的推移而降低通常情况下，平板集热器的日产水量比全玻璃真空管集热器大。

南方地区或室外环境温度常年高于零度的地区，平板型的年得热量高于真空管型集热器；北方地区，在夏季平板型太阳能集热器的得热量略高于真空管型，过渡季持平，冬季则由于平板型受环境温度影响较大，得热量低于真空管型，所以平板型的年得热量小于真空管型集热器。

近年来，针对这些特点，平板型集热器也进行了改造，比如使用选择性吸收涂层，提高集热效率，从而增大了平板型集热器在冬季的得热量。