主要分析:
一、具體的實施方案
如圖2所示,采用不帶吸熱管的隔板式太陽能集熱器構成的太陽能集熱供暖供熱系統。下面我們說明它的工作過程、原理和方法:
不帶吸熱管的隔板式太陽能集熱器16,可以安裝在建筑物的向陽墻面和屋頂,它們可以串聯、并聯構成隔板式太陽能集熱器陣列。溫度傳感器17-1、17-2可以安裝在終端溫度最高的不帶吸熱管的隔板式太陽能集熱器16中。
在太陽能集熱中控儀13中可以設置:房間23的供暖溫度T1,保溫水箱22收集的熱水水暖為T2,不帶吸熱管的隔板式太陽能集熱器16采集溫度為T3。當集熱中控儀13,檢測集熱器16的出口溫度傳感器17-1和17-2的溫度t3,根據其溫度來調節氣流控制器,溫度t3偏高時增大氣流,偏低時,減小氣流,使出口氣流溫度t3維持在T3-△T〈t3〈T3+△T之內。
集熱中控儀13檢測室溫溫度傳感器17-4,控制熱氣分配器24,優先保證供暖,當溫度高于設定溫度T2時,則控制熱氣分配器24,使熱氣進入氣熱交換器20,使之產生熱水,此后集熱中控儀13檢測溫度傳感器17-3的溫度t2,當t2溫度超過設定值T2時,則開啟進水控制器18,使熱水進入保溫水箱22,溫度傳感器17-3的溫度t2,低于設定值則關閉進水調節器18。圖2所示的結構最為簡單經濟,適合家庭使用。
如圖3所示,混合式的太陽能集熱供暖供熱系統,不帶吸熱管的隔板式太陽能集熱器16,它可以安裝在建筑物的向陽面,帶吸熱管的隔板式太陽能集熱器29可以安裝在房頂陽光更充足處,這種組合,既可以降低成本,又可提高熱傳導效率,更適合于公共浴室。
圖3的氣路控制過程和原理,與圖2相似,不再重復。集熱器的集熱管水路控制過程,是根據熱水管30出口溫度傳感器17-7的即時溫度t4跟水池要采集的熱水池設定的采集溫度T4比較,當t4〈 T4-△T 則關小水流控制器27,當t4 〉T4+△T,則開大水流控制器27,當T4-△T 〈 t4 〈T4+△T時,水流控制器27不再動作
二、太陽光的可利用能量?
太陽光的能量:北回歸線附近,夏天最強達1000W/㎡,冬天只有500W/㎡,若按全年日夜平均則功率只有200W/㎡。每天可獲得4800Wh/㎡。每戶安裝15㎡的隔板式太陽能集熱器,可獲得日均太陽能72KWh,轉換率為50%,則實際可得到36KWh。
三、三種太陽能集熱器性能比較
? |
1聚熱性能 |
2保溫層 |
3升溫性能 |
4有效采光面 |
5最高溫升 |
隔板式 |
有 |
有 |
強 |
96% |
90-100℃ |
真空管 |
無 |
有 |
中 |
60% |
80-90℃ |
平板式 |
無 |
無 |
弱 |
96% |
50-60℃ |
? |
6熱效率 |
7造價 |
8與建筑可結合性 |
9抗陰能力 |
10承壓能力 |
隔板式 |
65% |
中 |
好 |
好 |
好 |
真空管 |
47% |
高 |
差 |
中 |
差 |
平板式 |
52.5% |
低 |
中 |
差 |
好 |
? |
11抗冰雹 |
12耐用性 |
隔板式 |
好 |
好 |
真空管 |
差 |
差 |
平板式 |
好 |
好 |
四、 經濟性的可行性分析
1、目前的太陽能熱水器產業年產值是以億元為單位,而隔板式太陽能集熱器,由于它質優價廉,做為現有產品的升級換代產品,不會有市場風險,還可省一些宣傳推廣費用。
2、目前真空管熱水器的市場價在1500-2100元/㎡,而隔板式太陽能集熱器的每平方米的造價在800元/㎡,所以每平方米的市場價定為1500元,則每平米的毛利可大700元,這對于商家和廠家均是有利可圖的。
3、對于終端用戶,如只購3㎡的新熱水器,足夠3口之家的生活用水(洗澡、洗衣、做飯)的需求。投入4500元,設計壽命為20年,每天可獲平均理論值4.8KWh/㎡×3㎡=14.4KWh的熱能,以熱效率為65%計,則一天可獲139.36KWh的熱能,以目前電價為0.5元/KWh,則一天可節省4.68元,一年可省1700元,3年回收投資,10年的收益為1.7萬元。
4、太陽能輔助供暖工程
對于太陽能供暖用的集熱器造價低于上述的家庭生活熱水用集熱器,城市居民按每戶獲得15㎡的采熱面,保守地估計可減少30%供暖能源,這對節能減排,將是一個巨大的數字。
5、太陽能制冷工程
采用溴化鋰制冷技術,所需進口熱水為90℃以上,而出口熱水為80℃,僅消耗10℃的熱能。隔板式太陽能集熱器的高溫工作性能較好,可以為制冷空調機提供熱源,根據一份研究資料表明,每一平方米的采光面的熱源,可供2-3㎡的房間空調使用。
發明的依據:
太陽的能量是季節、地球緯度和高度的函數,夏季、赤道、高山,陽光最充足。就以津京地區的冬天為例,夜里零下10℃,只要是晴天,白天容易達到0℃以上,即太陽能對開放式的大氣加熱,升溫10℃以上。在上述條件下,陽光下的汽車車箱里氣溫可達30℃,升溫了40℃,這算是簡陋的單級光熱轉換。如果能精心設計,多級加熱,使氣體或液體升溫到100℃以上,不是什么困難的事。因為用凸透鏡對陽光聚焦,能使紙張碳化,說明其溫度已超過300℃,這是我們對太陽能潛在的能量的評估,也是本發明的理論依據。
發明具體內容:
定義太陽能集熱器的采光面為頂部,相對的面為底部。集熱器的結構是一個六面的立方體,立方體的尺寸應以便于加工和安裝為原則,房頂安裝,寬為1米,長1米至2米為宜,對于一般墻面,可量體裁衣,采光面的高度在10㎝-20㎝。采光面的材料應是透光率高、抗老化的材料,采光面下面應有透光性能好、抗老化的保溫隔熱層。立方體的四周和底部設有隔熱保溫層。立方體內部設有若干層隔板,隔板的間距在10㎝左右,隔板上留有氣道,相鄰隔板的氣道分設左右兩端,即奇數層隔板的氣道在一端,偶數層隔板氣道在另一端。氣道大小以保證氣流可以流暢即可,可選Φ80-Φ100。集熱器五面絕熱的內表面和隔層均涂上深色采光吸熱涂層,便于吸收陽光熱量,立方體的上下側面一端留有級聯孔。立方體的左右兩側或底部留有定位孔。兩層隔板之間形成集熱槽,在集熱槽中還可以安裝帶吸熱片的吸熱管,直接吸收槽中熱量。液體總是從集熱器的下面進入,上面流出,可以自動循環,也可以輔助動力使之流動或循環。
結合圖1再說明本發明的工作原理,當隔板式太陽能集熱器1面對陽光受熱后,熱氣流上升,沿著隔板2之間形成的溝槽逐級被加熱并逐級升溫,最終到達上級聯孔3時,溫度達到最高。該溫度如果達不到使用要求,還可以通過增加級聯來解決。如果安裝了集熱管7,集熱管7里的液體也是從下向上流動,逐級上升,上升過程中被逐級加熱,到出口時達到最大值。從原理和實驗均證明了本太陽集熱器具有富集、濃縮太陽光熱能,提升空氣和液體溫度的功效。由于本集熱器光熱轉換效率很高,溫升較快,夏天在1㎡原理性實驗中,已超過110℃,所以,在底部和側面內均有絕緣隔熱層10,采光板6下面還設置了透光隔熱層11,在集熱器最上集熱槽12安裝溫度傳感器9,便于構成集中供熱的自動控制系統,使得系統的熱效率更高,設備更加安全