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[摘要]平板型太阳能集热器是太阳能集热器的一种，世界各国都普遍使用。平板型太阳能热水器在提供生活热水及供热采暖中具有广泛的市场应用。平板型太阳能集热器具有节能、高效、易于加工，应用广泛等特点。根据平板集热器内腔体的自然对流研究可以设计出适合不同地区平板型太阳能集热器。平板型太阳能集热器板材选定后，如何减少透明盖板与吸热板之间的对流换热，提高集热器的效率，是集热器设备所需要解决的技术问题。本文采用实验方法测试了西安市气候条件下平板型集热器集热情况，实测了平板型集热循环及透明盖板表面的温度。参考实验测试数据，研究了实测壁温，已知的集热器倾角与厚度条件下，集热器空气层热分布情况。结合CFD数值模拟集热器内空气夹层的对流换热状况，分析了集热器内部空气夹层内温度、速度场分布情况。得出在西安地区平板型集热器适当的倾角情况下，集热器空气夹层内自然对流换热状况，以及集热器温度场与速度。
[关键词]平板型太阳能集热器 自然对流换热倾角CFD
中图分类号：S214 文献标识码：S 文章编号：1009―914X（2013）31―0575―01
1.研究背景
自从人类社会产生以来，能源就成为了社会发展与人类生活所必须的物质基础。在18世纪发明蒸汽机之前，人类进行的利用是薪碳，自此之后开始转向对煤炭等资源的利用，在这个阶段人类对煤炭的利用比重由过去的大约1/4增大到了2/3。到了20世纪，世界能源结构发生了第二次转变，人类能源利用从煤炭转向石油和天然气为主。目前世界总人口超过60亿，人类对能源的需求量比20世纪增长了许多，在人类使用化石燃料能源的250多年间，大量的CO2、SO2、NOX及粉尘等排放在大气中，造成了温室效应、酸雨、臭氧层破坏等严重的环境污染。为了缓解人类能源危机，减少环境的破坏，以太阳能为代表的可再生清洁资源的开发必将成为能源利用的主流。太阳能是人类可以利用的清洁环保的能源，并且是可以持续不断利用的可再生能源。
节能减排是未来社会及环境发展的主题和重点。太阳能的利用可以降低电力的高峰负荷，减少煤炭、燃油等燃料的消耗。因此，普及和推广太阳能资源的利用，是解决高能耗问题以及节约能源、保护环境的有效途径之一；充分利用太阳能资源，优化太阳能设备装置的设计与使用，具有很大的研究价值。
2.实验基本情况
本文建立的平板型太阳能集热器实验台位于西安建筑科技大学环境与市政工程学院楼顶层，整个太阳能热水系统采用的是自然循环系统，如图4.1。实测太阳能集热器中吸热板与透明盖板的温度。
图1 太阳能自然循环系统
3.结果与分析
测试是在晴朗的天气状况下进行，由于测试数据量大，晴朗天气下温度测试结果相类似。因此本文选取了4月8日、10日、13日三天的集热器实验数据作为参考，进行分析。测试时间是从每天的8：10开始采集数据，16：10测试结束。数据结果如下图所示。
图2温度测点温度
由温度分布图可以看出：13：00之后集热器循环工质的出口温度超过60℃，同时集热器循环入口的温度超过40℃。透明盖板的表面温度自9：00后逐渐升高到20℃以上，在13：00后温度超过30℃。透明盖板与环境温度温升曲线趋于一致，随环境的变化而变化。集热器的循环工质进出口温度在9：00之后温度曲线上升明显，集热效果好，温度超过60℃并且持续时间长，有利于太阳能热水循环的集热。
测点平均温度曲线反应了集热器透明盖板表面的温度情况。由于与外界环境直接接触的影响，透明盖板的温度处于20℃～33℃之间。集热器内管路工质的温度在9：00之后，温度自30℃开始上升，12：50后维持在50℃以上，接近60℃。可以看到集热循环的工质温度与透明盖板之间的温差一般都在20℃～25℃之间。
在环境温度在25℃的条件下，集热器出口的工质温度可以达到70℃以上，集热器集热效果十分显著。透明盖板温度12：00后可以达到30℃。
4.结论
本论文对于太阳能集热设备中的平板型集热器性能影响参数进行了分析。平板型太阳能集热器的工作原理与构造，分析了平板型集热器与真空管集热器的优缺点，对于国内太阳能市场建议北方地区可以选用真空管太阳能热水器，南方地区可以推广使用平板型太阳能热水器。平板型太阳能热水器适合用于大型太阳能工程。
参考文献
[1] 罗运俊，何梓年，王长贵.太阳能利用技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
[2] 周若祁等编著，绿色建筑体系与黄土高原基本集居模式[M].北京：中国建筑工业出版社.
[3] 李锦堂.太阳能利用100年[J].太阳能.1999年第4期.
[4] 胡润青，李俊峰.全球太阳能热水器产业与技术发展状况及启示[J].太阳能.2007（2）：8-11.
[5] 谭艳平.太阳能热水器与建筑一体化设计的研究[D].浙江大学，2005.
[6] 钟心强，朱新学，费洪良.太阳能热水器的技术经济评价[J].能源工程，1999年第2期：23~24.
[7] 2010-2015年中国太阳能热水器行业深度评估及投资前景预测报告[R].2010年3月.
[8] Smyth M，Eames PC，Norton B.Integrated collector storage solar water heaters[J].Renew Sust Energ Rev，doi：10.1016/j.rser.2004.11.001.
作者简介
刘亚柯，（1983-），男，汉族，河南新密人，单位：陕西新达建筑设计咨询有限公司，助理工程师硕士学位，研究方向：暖通空调。
[关键词]平板型太阳能集热器 自然对流换热倾角CFD
中图分类号：S214 文献标识码：S 文章编号：1009―914X（2013）31―0575―01
1.研究背景
自从人类社会产生以来，能源就成为了社会发展与人类生活所必须的物质基础。在18世纪发明蒸汽机之前，人类进行的利用是薪碳，自此之后开始转向对煤炭等资源的利用，在这个阶段人类对煤炭的利用比重由过去的大约1/4增大到了2/3。到了20世纪，世界能源结构发生了第二次转变，人类能源利用从煤炭转向石油和天然气为主。目前世界总人口超过60亿，人类对能源的需求量比20世纪增长了许多，在人类使用化石燃料能源的250多年间，大量的CO2、SO2、NOX及粉尘等排放在大气中，造成了温室效应、酸雨、臭氧层破坏等严重的环境污染。为了缓解人类能源危机，减少环境的破坏，以太阳能为代表的可再生清洁资源的开发必将成为能源利用的主流。太阳能是人类可以利用的清洁环保的能源，并且是可以持续不断利用的可再生能源。
节能减排是未来社会及环境发展的主题和重点。太阳能的利用可以降低电力的高峰负荷，减少煤炭、燃油等燃料的消耗。因此，普及和推广太阳能资源的利用，是解决高能耗问题以及节约能源、保护环境的有效途径之一；充分利用太阳能资源，优化太阳能设备装置的设计与使用，具有很大的研究价值。
2.实验基本情况
本文建立的平板型太阳能集热器实验台位于西安建筑科技大学环境与市政工程学院楼顶层，整个太阳能热水系统采用的是自然循环系统，如图4.1。实测太阳能集热器中吸热板与透明盖板的温度。
图1 太阳能自然循环系统
3.结果与分析
测试是在晴朗的天气状况下进行，由于测试数据量大，晴朗天气下温度测试结果相类似。因此本文选取了4月8日、10日、13日三天的集热器实验数据作为参考，进行分析。测试时间是从每天的8：10开始采集数据，16：10测试结束。数据结果如下图所示。
图2温度测点温度
由温度分布图可以看出：13：00之后集热器循环工质的出口温度超过60℃，同时集热器循环入口的温度超过40℃。透明盖板的表面温度自9：00后逐渐升高到20℃以上，在13：00后温度超过30℃。透明盖板与环境温度温升曲线趋于一致，随环境的变化而变化。集热器的循环工质进出口温度在9：00之后温度曲线上升明显，集热效果好，温度超过60℃并且持续时间长，有利于太阳能热水循环的集热。
测点平均温度曲线反应了集热器透明盖板表面的温度情况。由于与外界环境直接接触的影响，透明盖板的温度处于20℃～33℃之间。集热器内管路工质的温度在9：00之后，温度自30℃开始上升，12：50后维持在50℃以上，接近60℃。可以看到集热循环的工质温度与透明盖板之间的温差一般都在20℃～25℃之间。
在环境温度在25℃的条件下，集热器出口的工质温度可以达到70℃以上，集热器集热效果十分显著。透明盖板温度12：00后可以达到30℃。
4.结论
本论文对于太阳能集热设备中的平板型集热器性能影响参数进行了分析。平板型太阳能集热器的工作原理与构造，分析了平板型集热器与真空管集热器的优缺点，对于国内太阳能市场建议北方地区可以选用真空管太阳能热水器，南方地区可以推广使用平板型太阳能热水器。平板型太阳能热水器适合用于大型太阳能工程。
参考文献
[1] 罗运俊，何梓年，王长贵.太阳能利用技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
[2] 周若祁等编著，绿色建筑体系与黄土高原基本集居模式[M].北京：中国建筑工业出版社.
[3] 李锦堂.太阳能利用100年[J].太阳能.1999年第4期.
[4] 胡润青，李俊峰.全球太阳能热水器产业与技术发展状况及启示[J].太阳能.2007（2）：8-11.
[5] 谭艳平.太阳能热水器与建筑一体化设计的研究[D].浙江大学，2005.
[6] 钟心强，朱新学，费洪良.太阳能热水器的技术经济评价[J].能源工程，1999年第2期：23~24.
[7] 2010-2015年中国太阳能热水器行业深度评估及投资前景预测报告[R].2010年3月.
[8] Smyth M，Eames PC，Norton B.Integrated collector storage solar water heaters[J].Renew Sust Energ Rev，doi：10.1016/j.rser.2004.11.001.
作者简介
刘亚柯，（1983-），男，汉族，河南新密人，单位：陕西新达建筑设计咨询有限公司，助理工程师硕士学位，研究方向：暖通空调。