太阳能空气集热器热性能的实验研究.doc

太阳能空气集热器热性能的实验研究
北京建筑工程学院邱林邹越黄莉任耿闫敏
摘要设计了一种带孔折线形式特殊结构的太阳能空气集热器,对其安置在建筑物顶部利用太阳能加热空气进行了实验研究。实测了过渡季不同工况下集热器出口温度、出口风速和太阳辐射强度等影响集热器热性能的相关因素,探讨分析了集热器折型模块基准面、迎风面和背风面三个面的温度场随时间的变化情况。实验得出了本地在测试期间太阳辐射强度对加热空气温度呈现和太阳辐射强度一致的变化规律和滞后性与延续性的影响,以及折形集热板的迎风面与空气的对流换热强度要强于背风面,且均强于无折形的基准面的加热空气作用规律。
关键词太阳能供热集热器
1 引言基金项目:北京市教委项目();建设部科技项目:(No 2008-K6-21);北京市教委人才强教深化项目(No. PHR201007127);北京市建筑环境与设备学科特色专业资助
安装在建筑南墙面及屋顶上的太阳能集热板可将加热的室外新鲜空气经风管输送分配到室内,起到供热和改善室内空气质量的双重作用。这一新颖而独特的太阳能技术已被广泛应用在需要大量通风的各类建筑物中
-4],该系统具有原理简单和收集太阳能效率高的特点,它的使用将极大地节约能源和节省建筑的供暖费用。本文对一种安置在建筑物顶部的太阳能空气集热器进行试验研究,并探讨影响集热器热性能的相关因素。
2 太阳能空气集热器
为增加换热面积和增强气流的扰动,本研究设计的集热器具有多孔和折线的特殊结构,集热器外侧采用的是透光性和绝热性能较好的玻璃罩,其目的是接收尽可能多的太阳能到集热板上,减小由集热板向环境的热损失,保护集热板不使其直接暴露在环境中。集热板外表面涂有黑色吸热涂料,它具有强烈吸收太阳热和阻挡紫外线的功能。此外,集热板设计成带孔和折线形,在集热板上均匀分布气孔是为了破坏集热板内壁的边界层,提高集热板与空腔内空气的对流换热强度,开孔板较无孔板具有明显优势。折线状也是改善集热器供热效果的有力途径和必然要求。整个集热部件由钢框架支撑并固定在屋顶上,朝向正南方。在集热器左上角开一个直径为13mm的通风口,引入新风。在集热板背面的第二层空腔的下部开孔接风管,风管内安装风机,使被集热板加热的空气在强迫对流的方式下由风管输送到各个房间内。集热箱体材料和结构尺寸见表1。
表1集热箱体材料和结构尺寸
集热箱体
参数及说明
尺寸(mm)(长×宽×高)
2072×1425×200
采暖面积(㎡)
27
盖板材料
8mm厚钢化玻璃
保温材料(周边和底部)
20mm厚塑料泡沫
安装位置
屋顶南朝向
安装倾角
48º
集热金属板由若干块带孔折线型结构模块组成,板上均匀开孔,孔径约为2 mm,孔间距约为
30 mm,每个折型集热模块分别由基准面、迎风面和背风面三个面构成,见图1。

图1 集热板示意图
3 实验测试
实验地点位于某高校的2层实验楼,在实验楼顶部安装太阳能集热器,其倾角为48°且面向正南方。太阳能加热空气系统示意图参看图2。集热器传热过程是:在风机的作用下,室外空气首先流经集热板外表面,与之进行热量交换,然后渗入小孔再流经集热板的内表面,通过对流换热的方式被加热,最终加热后的新鲜空气由风管输送到各个房间。
图2 太阳能加热空气系统示意图