空气集热器的设计和性能计算8.3.2 空气集热器的

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1、第八章空气太阳能集热器7/19/20211项目汇报8.1、概述“空气太阳能集热器”是用空气作为传热介质的太阳能集热器，有时亦称为“空气太阳能加热器”，其主要应用范围是太阳能干燥和太阳能采暖。空气太阳能集热器在太阳能集热器中占有重要的位置。在太阳能干燥的应用中，既可以把空气集热器和干燥室组成一个装置，由空气集热器提供热空气进行物料的干燥；也可以把空气集热器与温室型太阳能干燥器结合起来，共同进行物料的干燥。这两种太阳能干燥器都具有成本低和效率高的优点。在太阳能采暖的应用中，仅就加热空气以保持舒适的环境而言，空气太阳能集热器

2、是最为合乎逻辑的选择。若由太阳能加热液体再将热量传递到空气，必定引起热量损失；若直接采用空气作为介质，通过空气太阳能集热器进行循环，可以减少系统中所需要部件的数目。7/19/20212项目汇报8.1、概述空气太阳能集热器与通常用液体作为传热介质的液体太阳能集热器相比，具有以下主要优点：（1）不存在冬季的结冰问题；（2）微小的渗漏不会严重影响空气集热器的工作和性能；（3）空气集热器承受的压力很小，可以利用较薄的金属板制造；（4）不必考虑材料的防腐问题；（5）经过加热的空气可以直接用于干燥或者房屋取暖，不需要增加中间热交换

3、器。7/19/20213项目汇报8.1、概述空气太阳能集热器与通常用液体作为传热介质的液体太阳能集热器相比，也有以下缺点：（1）由于空气的导热系数较小，只有水的1/25—1/20，因而其对流换热系数远远小于液体的对流换热系数，所以在相同的条件下，空气集热器的效率要比普通平板液体集热器的效率低；（2）与液体相比，空气密度小，只有水的1/300左右，以致在加热量相同的情况下，为使空气能在加热系统中流动，就要消耗较大的风机输送功率；（3）由于空气的比热容量较小，只有水的1/4，因而当以水作为传热介质时，为了储存热能，需要使用

4、石块或鹅卵石等蓄热材料；而当以水作为传热介质时，它同时又可兼作热容量很大的蓄热介质。7/19/20214项目汇报8.1、概述从收集太阳能并加热流体介质的热过程这一点来说，空气太阳能集热器和液体太阳能集热器十分相似：都是利用经过太阳辐照照射的吸热板来加热空气或者水。但是，由于空气和水的热物理性质差别很大，故这两种集热器的设计有所不同。提高空气太阳能集热器效率的主要途径是：增加吸热板与空气的接触面积，提高流经吸热板的空气流速，增强空气与吸热板的对流换热，以尽可能地降低吸热板的平均温度。7/19/20215项目汇报8.2、空

5、气集热器的分类8.2.1非渗透型空气集热器非渗透型空气集热器，有时亦称“无孔吸热板型空气集热器”，是指在空气集热器中，空气流不能穿过吸热板，而是在吸热板的正面和背面流动，并与经过太阳能加热后的吸热板进行热交换。7/19/20216项目汇报8.2、空气集热器的分类8.2.1非渗透型空气集热器非渗透型空气集热器根据空气流动的情况，又可分为三种形式：（1）空气只在吸热板的正面流动；（2）空气在吸热板的正、背两面流动；（3）空气只在吸热板的背面流动。非渗透型集热器7/19/20217项目汇报8.2、空气集热器的分类8.2.1非

6、渗透型空气集热器对于空气在吸热板背面流动的形式，有不同的结构型式：无翅片、有翅片、V形波纹板和其他形状波纹板等。（1）背面有翅片—吸热板背面加上翅片，可以改善空气流与吸热板的传热状况，但同时也会引起额外的压力降。因此，采用翅片的数目和高度存在某个最佳点，超过这个最佳点，就不能改善空气集热器的热性能，因为所需风机功率也将增加。（2）V形波纹板—增加空气流有效传热面积和吸热板有效吸收比的另一种方法，是采用V形波纹板吸热板。若V形接收角保持在60°以内，则大部分太阳能在经过V形波纹板两侧多次反射后被吸收；若采用接收角为55°

7、的带有选择性吸收涂层的V形波纹板，这样不仅使吸热板传热面积比平面吸热板加倍，而且使吸热板长波辐射产生的热损失保持很小。7/19/20218项目汇报8.2、空气集热器的分类8.2.1非渗透型空气集热器综上所述，可以采用以下的一些方法来提高非渗透型空气集热器的性能：（1）将吸热板的背面加工得粗糙些，以增加气流扰动，提高对流传热系数；（2）在吸热板的背面加上翅片或者采用波纹吸热板，以增加传热面积，并相应地增加气流的扰动，强化对流传热。总之，非渗透性空气集热器的优点是结构简单，成本低廉。缺点是空气流和吸热板之间的热交换不能充分

8、进行，因而集热效率难以有很大的改进；另外，为了减少吸热板的辐射热损失，需要采用选择性吸收涂层，但这会增加空气集热器的成本。7/19/20219项目汇报8.2、空气集热器的分类8.2.2渗透型空气集热器针对上述非渗透型空气集热器的缺点，有人提出了渗透型空气集热器，有时亦称“多孔吸热板型空气集热器”。渗透型空气集热器又可分为金属丝网式