平板太阳能热水器热效率衰减初步研究

摘要：太阳能的利用是世界各国对于新能源利用的一个重要方面，我们可以通过对平板型热水器进行实验，得到关于平板型太阳能热水器热效率的影响因素，进而对热水器提出改善集热效率的方法

关键词：能源利用，太阳能，平板型太阳能热水器，热效率，改进热效率衰减

一．前言

太阳能的利用是一门古老而新兴的学科。随着当今世界能源的日趋紧张，传统能源的高效利用以及新的可再生能源开发已经成为各国科研工作者的工作重点同时，传统化石能源的使用带来的环境破坏也越来越被人们所重视，寻找无污染的清洁能源已经成为研究主流之一[^[1]]。能源是人类社会存在和发展的基础。太阳能作为一种清洁、高效、绿色能源，在人类社会发展史上发挥了巨大的作用，提高太阳能热利用率是人类一直追求的目标[^[2]]。据统计，2011 年全球一次能源供应总量的比例中，可再生能源供应占13%，并且保持了较强的发展势头，其中太阳能光伏与太阳能光热分别以46.2%和11.2%的增速位列第一和第四[^[3]]。太阳能的利用能节约部分化石能源，改善国内能源结构，减少二氧化碳排放，环境资源枯竭和环境污染的问题。

1. 研究目的和意义

能源作为全球发展的重要物质基础，近年来因引起的环境问题而困扰着人类。人类离不开煤，石油，天然气等化石能源，然而对其的开发利用却引起了温室效应，大气污染，能源枯竭能问题，所以发展发展清洁，可再生能源的要求已迫在眉睫。化石能源实际上是lsquo;昨天的阳光rsquo;，而太阳能用的是今天的阳光，是取之不尽、用之不竭的能源。更为重要的是，世界各国政府为应对能源危机都在大力发展新能源产业，我国政府也高度重视节能和环保工作，对节能企业给予了一系列的扶持和优惠措施[^[4]]。我国太阳能资源十分丰富，其中三分之二以上的地区利用太阳能的条件都相当好。平板太阳能热水器是最早进入中国家庭的太阳能利用产品。受制于成本和使用效果，平板太阳能热水器逐渐被真空管式太阳能热水器所取代，成为中国市场上的边缘产品。近年来，随着市场需求的变化，在建筑一体化趋势下，平板式集热器承压运行和便于实现一体化等优点得以充分发挥。在政策引导和技术进步的背景下，平板太阳能热水器或将迎来新的发展机遇[^[5]]。

三．国内外研究现状

1.国内研究现状

我国的太阳能热水器产业是从20 世纪80 年代发展起来的，伴随着近十多年来的迅猛发展，我国已经成为太阳能热水器的生产和销售大国，无论是年销售量还是累计拥有量都位居世界第一，而且仍然保持着强劲的发展势头，2000 年至2009 年国内太阳能热水器的年安装量增长率约为22%[^[6]]。目前我国市场上的主流太阳能热水器主要有真空管热水器、平板式热水器和闷晒型热水器等类型。我国太阳能热水器市场主要以全玻璃真空管形式为主导，而且发展很快，近年来已占据了市场份额的87%以上。伴随而来的是平板式太阳能热水器在我国所占市场份额的逐年下降。主要原因在于：（1）我国平板太阳集热器产品的热性能较差，低于国外同类型产品。由于其热损失系数远高于真空管集热器,导致在冬季的得热量低。（2）目前金属材料的价格上涨，加上平板集热器尚未形成大规模生产从而导致制作高质量的平板太阳能集热器价格较高。（3）全玻璃真空管的成本由于产业份额的不断增长而大幅度下降，采用水箱直插形式的热水器结构简单，又具有一定的防冻能力，非常适合我国国情，所以得到广泛应用。尤其是在我国太阳能家用热水器目前还以小城市及农村市场为主，市场销售量占了总推广量的70%以上。与之相比，平板式太阳能热水器不仅无价格优势，而且一般不能防冻，无力与真空管竞争[^[7]][^[8]]。目前市场上平板集热器成本仍然较高，效率仍有很大提升空间，提高集热器成本效益是未来平板集热器打开市场新方向。