平板太陽(yáng)能熱水器與真空管太陽(yáng)能熱水器的差異 現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)太陽(yáng)能低溫利用越來(lái)越普及，也越來(lái)越被消費(fèi)者、政府認(rèn)可和重視。太陽(yáng)能集熱器主要有平板集熱器和聯(lián)集管集熱器，在技術(shù)上兩種集熱器都已很成熟。其中平板集熱器是在17世紀(jì)后期發(fā)明的，1960年以后開(kāi)始進(jìn)行深入研究和大規(guī)�；瘧�(yīng)用；聯(lián)集管集熱器起源于中國(guó)，截至今日大約有十幾個(gè)年頭，聯(lián)集管集熱器又分為普通非承壓集熱器、熱管集熱器、U型管集熱器等。 2 普通非承壓聯(lián)集管集熱器及結(jié)垢解決方法 聯(lián)集管集熱器以工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、真空管冬季保溫好等特點(diǎn)被大面積推廣，但普通聯(lián)集管集熱器也存在一些不足。 一是真空管內(nèi)直接加熱水，升溫快，聯(lián)集箱內(nèi)的水容易被蒸發(fā)（管路系統(tǒng)不合理或控制系統(tǒng)故障時(shí)出現(xiàn)真空管內(nèi)的水減少上部?jī)?nèi)管處于空曬。當(dāng)內(nèi)管上下溫差超過(guò)玻璃耐受溫差沖擊極限時(shí)，內(nèi)管會(huì)炸裂，造成系統(tǒng)漏水，其中原因一般是應(yīng)力集中、玻璃有微裂紋導(dǎo)致被激炸； 二是真空管內(nèi)長(zhǎng)期有水又溫升較快，水中鈣鎂離子濃度大時(shí)管內(nèi)壁容易結(jié)垢，管內(nèi)也容易積淀一些絮狀物（特別是豎插管集熱器，污物不能自動(dòng)排出，橫插管集熱器循環(huán)時(shí)被水帶走一大部分）致使集熱效率下降； 三是冬季環(huán)境溫度低于零度時(shí)，室外集熱系統(tǒng)內(nèi)的水容易結(jié)冰，使管路凍壞；現(xiàn)常用的解決辦法是除做好保溫外，另在管道下方加電熱帶和進(jìn)行防凍循環(huán)，也就是冬季不能集熱時(shí)為了防凍要耗電耗熱。 前述聯(lián)集管集熱器的真空管存在結(jié)垢問(wèn)題，目前的解決方法主要有：根據(jù)水質(zhì)情況定期清理真空管；或?qū)ψ詠?lái)水進(jìn)行凈化軟化、加藥、磁化等。凈化和軟化可用過(guò)濾裝置去除泥沙等大顆粒污物，用反滲透膜或樹(shù)脂離子置換法去除鈣鎂離子。 現(xiàn)市場(chǎng)上常用的是硅磷晶POWER-PHOS進(jìn)行防垢和防腐，其機(jī)理是硅磷晶在水中有效地抑制和干擾了碳酸鈣晶體的正常生長(zhǎng)，控制了晶核形成的速度，使之不能沉積形成水垢；在此作用的同時(shí)，對(duì)已形成并附著管內(nèi)壁上鈣、鎂、鐵產(chǎn)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)，然后借助布朗運(yùn)動(dòng)或水流作用，達(dá)到最終的分散效力。另外微量的硅磷晶中p—p成分，隔絕了水中溶解氧與金屬離子的化學(xué)反應(yīng)，阻止了氫氧化亞鐵繼續(xù)反應(yīng)生成氫氧化鐵。即鈍化作用。在水管內(nèi)壁生成一種無(wú)定形的能自動(dòng)修復(fù)的保護(hù)膜，這層具有強(qiáng)親力的分子膜阻擋了水中溶解氧的腐蝕，從而抑制了整個(gè)腐蝕的過(guò)程。根據(jù)水質(zhì)不同硅磷晶的濃度一般控制在5－10ppm，也就是要定期在系統(tǒng)內(nèi)加藥。 磁化現(xiàn)階段主要是用電子除垢儀（即電子水處理器），其抑垢除垢原理是利用電子集成線路產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，使流經(jīng)除垢儀的水吸收電磁能后，在不改變?cè)谢瘜W(xué)成份的情況下，使其物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，將原有的大締合體的結(jié)合鍵打斷，變?yōu)榛钚院芨叩膯畏肿踊蛐【喓象w狀態(tài)的水，促進(jìn)了水分子有序排列，增強(qiáng)了水的偶極距，加強(qiáng)了水對(duì)成垢離子及其組份的分解作用。老的水垢逐漸剝落直至清除、新的水垢不易生成，并改變了水中沉積物質(zhì)的沉積狀態(tài)，各種離子的物理性能，細(xì)菌和藻類等微生物的生存環(huán)境，從而有效起到除垢、防垢、殺菌、滅藻的作用。經(jīng)過(guò)高頻電磁場(chǎng)處理后，水分子的電子被激活，電子能位升高，根據(jù)能量守恒原理，分子電位能損失，電位下降，至使水分子與接觸器壁的電位差減少甚至消失。造成水中離子自由活動(dòng)能力減小，器壁金屬離解受到抑制，對(duì)設(shè)備起到防腐作用。 3 真空管熱管集熱器和真空管U型管集熱器 其優(yōu)點(diǎn)是真空管內(nèi)不直接走水，炸管幾率降低（即使炸管也不漏液），現(xiàn)大部分廠家聯(lián)集箱內(nèi)直接走水，長(zhǎng)期使用造成聯(lián)集箱內(nèi)結(jié)垢，熱管頭部結(jié)垢導(dǎo)熱效率下降，出現(xiàn)故障后熱管拆卸困難；U型管內(nèi)走水，造成管內(nèi)結(jié)垢降低傳熱效率，甚至U型管內(nèi)堵塞失去集熱效果；解決辦法是進(jìn)行水的凈化軟化、加藥、磁化處理等，這樣可在一定程度上緩解上述問(wèn)題，最好的辦法是系統(tǒng)內(nèi)用防凍液作為導(dǎo)熱介質(zhì)。 4 平板集熱器平板集熱器歷史已經(jīng)很久，技術(shù)應(yīng)用上也非常成熟。 優(yōu)點(diǎn)是：其承壓能力強(qiáng)，系統(tǒng)做成全封閉系統(tǒng)，避免了空氣中氧氣及雜質(zhì)進(jìn)入集熱系統(tǒng)，可靠性高；用防凍液做導(dǎo)熱介質(zhì)，冬季徹底防凍，集熱系統(tǒng)不用輔助熱源，避免能量消耗；吸熱面積大，集熱器所占的建筑輪廓面積中吸熱片占據(jù)絕大部分，是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑結(jié)合最佳選擇的集熱器類型之一；缺點(diǎn)：制作工藝較復(fù)雜、成本較高、和聯(lián)集管集熱器相比集熱效率受環(huán)境溫度影響大，夏季高、冬季低。 平板集熱器的吸熱條帶鍍膜技術(shù)要求高，因其長(zhǎng)期暴露于空氣中和空氣中的氧、水分子長(zhǎng)期接觸，要求其耐老化性極高（平板集熱器內(nèi)還不能像真空管抽成真空，對(duì)膜層要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于真空管）。為提高平板集熱器的保溫性能，目前已經(jīng)有真空玻璃用于平板集熱器，但由于真空玻璃工藝不是很成熟以及成本高等原因，此技術(shù)尚未規(guī)模化應(yīng)用。 我國(guó)對(duì)選擇性吸收材料的研究應(yīng)用經(jīng)歷了從非選擇性的普通黑漆到選擇性的硫化鉛、金屬氧化物涂料，從黑鎳、黑鉻到鋁陽(yáng)極氧化涂層等幾代的更替；目前我國(guó)平板集熱器吸收表面主要采用鋁條帶上陽(yáng)極氧化著色和銅條帶上鍍選擇性涂層。 目前用于真空管間歇式磁控濺射鋁-氮-鋁材料選擇性吸收涂層的鍍膜生產(chǎn)技術(shù)是隨著真空管集熱器的產(chǎn)生而發(fā)展起來(lái)的，由于該涂層耐候性能較差，不適于平板集熱器的使用。另外國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是歐洲，選擇性吸收涂層的生產(chǎn)主要有兩個(gè)特點(diǎn)，其一是采用真空鍍膜技術(shù)，其二是采用卷繞式連續(xù)鍍膜方式。如丹麥的BATEC公司是生產(chǎn)黑鉻吸收涂層的，在銅條帶上采用連續(xù)電鍍的方法進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品的光學(xué)性能及耐候性都很理想；德國(guó)幾個(gè)生產(chǎn)選擇性涂層的公司，如INTERPANE、TINOX、ALANOD公司都是采用真空方法或者連續(xù)生產(chǎn)方式進(jìn)行吸收涂層生產(chǎn)的。 匯思陽(yáng)光幾年來(lái)一直致力于平板集熱器的開(kāi)發(fā)，核心部件吸熱紫銅條帶吸收涂層使用德國(guó)TINOX技術(shù)，其在真空環(huán)境中把鈦汽化，在鈦的汽化物中加入氮?dú)庋鯕�，使其通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化鈦冷凝沉積到金屬帶上，此外石英被汽化后形成第二層減反射層并對(duì)氮氧化鈦層起保護(hù)作用。TINOX涂層是迄今為止唯一利用鈦和石英代替鎳和鉻的涂層，在制作過(guò)程中不會(huì)污染水源也不會(huì)污染空氣，是最具環(huán)保性的涂層；TINOX涂層吸收率高達(dá)95％，發(fā)射率約為4％；由于其優(yōu)異的耐環(huán)境、耐老化性，TINOX涂層使用25年后，仍能保持其初始性能的95％以上。 平板集熱器蓋玻璃用的是超白低鐵鋼化玻璃，更耐冰雹、固體沖擊能力強(qiáng)、耐疲勞老化性高、透明度高；邊框用整體外殼、或鋁合金型材組裝，強(qiáng)度高。集熱器無(wú)懼空曬，不會(huì)出現(xiàn)炸管現(xiàn)象；用防凍液做導(dǎo)熱介質(zhì)，冬季徹底防凍，集熱系統(tǒng)不用輔助熱源，避免能量消耗；平板集熱器夏季不怕空曬、冬季不怕冰凍、適應(yīng)氣候能力極強(qiáng)。集熱器模塊化設(shè)計(jì)，可任意組合成各種大小集熱面積的集熱陣列，使用更靈活。 5 各種集熱器集熱效率的分析 無(wú)論是平板集熱器還是聯(lián)集管集熱器，其對(duì)集熱效率影響最大的是吸熱體、即吸熱膜層。較好的真空管膜層和較好的平板吸熱片膜層吸收率都在0.95左右；平板集熱器整個(gè)輪廓面積幾乎都被吸熱片占據(jù)，但真空管集熱器受結(jié)構(gòu)的影響必須有一定的間距，一般Φ47管間距為70㎜，Φ58管間距為80㎜，Φ47管的產(chǎn)品內(nèi)管直徑為Φ37，Φ58管的產(chǎn)品內(nèi)管直徑為Φ47。 假如不考慮光線的反射、折射等，不帶反射板的集熱器瞬時(shí)效率極限，Φ47管為：0.95×0.9×37/70＝0.452，Φ58管為：0.95×0.9×47/80＝0.502；如不考慮真空管之間的空隙，集熱器瞬時(shí)效率極限，Φ47管為：0.95×0.9×37/47＝0.673，Φ58管為：0.95×0.9×47/58＝0.693；平板集熱器瞬時(shí)效率極限為：0.95×0.9＝0.855。 國(guó)標(biāo)規(guī)定：平板集熱器瞬時(shí)效率截距≥0.72；真空管集熱器（無(wú)反射板）瞬時(shí)效率截距≥0.62；真空管集熱器（有反射板）瞬時(shí)效率截距≥0.52。 注：有反射板真空管集熱器集熱面積計(jì)算時(shí)包括真空管之間的空隙，無(wú)反射板真空管集熱器集熱面積計(jì)算時(shí)不包括真空管之間的空隙平板集熱器整機(jī)效率受環(huán)境溫度影響大于真空管集熱器，籠統(tǒng)地說(shuō)春、夏、秋季節(jié)其集熱效率高于真空管集熱器，冬季低于真空管集熱器；其瞬時(shí)效率如下圖：
其交點(diǎn)位置橫坐標(biāo)值為0.076，試驗(yàn)是在太陽(yáng)輻照強(qiáng)度為800W/㎡時(shí)測(cè)試得數(shù)據(jù)，則：
ti-ta＝0.076×800＝60.8℃；也就是說(shuō)當(dāng)集熱器內(nèi)的介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度之差為60.8℃時(shí)聯(lián)集管集熱器和平板集熱器瞬時(shí)效率相同，溫差小于60.8℃時(shí)平板集熱器效率高，溫差大于60.8℃時(shí)聯(lián)集管集熱器效率高，如下圖所示。 6 結(jié)語(yǔ)
近幾年國(guó)內(nèi)平板集熱器占不到市場(chǎng)份額的15%，是有很多原因造成的：（1）一些廠家用平板集熱器做直接系統(tǒng)在冬季不能防凍，須排空，因此冬季不能使用并維護(hù)復(fù)雜；（2）全玻璃真空管熱水器在大部分地區(qū)可全年使用；（3）全玻璃真空管由于技術(shù)創(chuàng)新，成本大幅度降低，生產(chǎn)企業(yè)迅速增加，促進(jìn)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)迅速擴(kuò)大；（4）國(guó)內(nèi)的消費(fèi)者對(duì)全玻璃真空管熱水器的認(rèn)知度遠(yuǎn)高于平板式太陽(yáng)能熱水器。 因此，目前家用熱水器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)格局是由于產(chǎn)品的特點(diǎn)和價(jià)格等因素形成的，可以預(yù)見(jiàn)在家用熱水器中低檔市場(chǎng)中仍將是全玻璃真空管熱水器為主。
國(guó)外太陽(yáng)能市場(chǎng)始終以平板集熱器為主，是因?yàn)閲?guó)外太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的不同。國(guó)外系統(tǒng)一般采用間接、分體式系統(tǒng)，承壓運(yùn)行；這類系統(tǒng)一般初投資高，但系統(tǒng)可靠性高、維護(hù)成本低、水質(zhì)不會(huì)被污染、整個(gè)系統(tǒng)壽命長(zhǎng)。
針對(duì)這類系統(tǒng)，平板集熱器體現(xiàn)出其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
（1）平板集熱器最適合用于承壓系統(tǒng)； （2）最適合于雙循環(huán)的太陽(yáng)能熱水器； （3）最有利于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器與建筑結(jié)合； （4）系統(tǒng)壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低；
（5）大多數(shù)情況下可以提供更多的生活熱水； （6）平板集熱器用于太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)時(shí)能較方便解決非采暖季節(jié)的系統(tǒng)過(guò)熱問(wèn)題。
結(jié)論：在太陽(yáng)能系統(tǒng)工程、分體式太陽(yáng)能熱水器和對(duì)太陽(yáng)能與建筑一體化有要求的場(chǎng)所，平板集熱器比全玻璃真空管集熱器在系統(tǒng)壽命、系統(tǒng)維護(hù)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。
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