空晒对 太阳能集热器工作效率影响测试研究

中国建筑科学研究院 张昕宇 何涛 郑瑞澄 路宾 李忠

国家太 阳能热水器质量监督检验中心（北京） 黄祝连 张磊 邓昱
 

摘要 太阳能 热水系统在建筑中应用的越来越普及，太阳能 采暖和太阳能空调系统的工程应用近年来也有发展，由此带 来了在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器的空晒问题，笔者所 在团队结合工作实际，对四种 常见的太阳能集热器空晒前后的工作效率进行了测试,量化了 空晒对集热器工作效率的影响，供设计人员参考。

关键词 空晒 集热器工作效率 太阳能采暖 太阳能空调

1 问题的提出
太阳能 热水系统在建筑中应用越来越普及，为了更好利用太阳能，太阳能 采暖和太阳能空调系统在建筑中开始应用，由于采 暖和空调具有季节性，而太阳 能集热系统是全年吸收太阳能的，由此带 来用热负荷与太阳能供热的不匹配性，会导致 在非采暖季节和非空调季节太阳能集热器出于没有负荷消耗状态，导致太 阳能集热器由闷晒状态到空晒状态。空晒过 久会导致太阳能集热器的工作效率下降，导致太 阳能系统不能充分发挥应有的节能效果，但是空 晒如何影响太阳能集热器的工作效率过去没有定量的研究，因此，我们结 合科研工作的实际情况，选取了 四种厂家的太阳能集热器进行了空晒前后的太阳能集热器效率测试，量化了 空晒对太阳能集热器效率的影响，供广大 设计人员在设计时参考。

2 测试方案制定
在国家太 阳能热水器质量监督检验中心（北京）接受委 托测试的样品中，我们随 机选择了四种类型的太阳能集热器，进行空 晒前后的太阳能集热器工作效率的测试，样品来 自不同的生产企业，类型涵 盖平板型太阳能集热器，玻璃-金属封 接式真空管 型太阳能集热器，热管式 真空管 型太阳能集热器和U型管真 空管型太阳能集热器。样品基本参数如下：

太阳能 集热器工作效率的测试依据GB/T4271-2007《太阳能 集热器热性能试验方法》，空晒参照欧洲标准EN12975-2《太阳能 热水系统与部件—太阳能集热器–第二部分：测试方法》，测试所 用仪表均经过计量检定。

3 测试过程
根据国家太 阳能热水器质量监督检验中心（北京）的工作安排，对四块 样品进行了测试，样品最 长的空晒时间为241天，最短空晒时间88天，空晒时 太阳能集热器的安装倾角不同，测试期间，环境温度在24℃以上，详细的 测试周期及期间的气象参数汇总见表1。

4 太阳能 集热器空晒前后的效率变化

图1至图4为四种 类型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器效率曲线对比。
从图1至图4可以看出，空晒之 后所有集热器的热性能均有所下降。空晒前 的太阳能集热器热效率满足国家标准要求，但空晒 后的太阳能集热器热效率均达不到国家标准要求。

空晒前：ηa=0.769－5.055Ti*
空晒后：ηa=0.658－7.669Ti*
图1平板型 太阳能集热器空晒前后效率变化

空晒前：ηa=0.752－2.462Ti*
空晒后：ηa=0.737－4.015Ti*
图2玻璃-金属封 接式真空管 型太阳能集热器空晒前后效率变化

空晒前：ηa=0.768－2.361Ti*
空晒后：ηa=0.694－7.910Ti*
图3热管式真空管 型太阳能集热器空晒前后效率变化

空晒前：ηa=0.738－2.444Ti*
空晒后：ηa=0.620－6.438Ti*
图4 U形管型真空管 型太阳能集热器空晒前后效率变化

按采暖 的工况计算空晒前后的集热器效率变化，如太阳 能采暖系统的回水温度为40℃，环境温度按-5℃，太阳能辐照度按600W/㎡考虑，则归一化温差Ti*=0.08（㎡•K/W），计算得 出四种类 型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器的热效率变化见表2。从表2可以看出，在Ti*=0.08（㎡•K/W）时，空晒前 后的太阳能集热器的热效率下降很大。
表2 四种类 型的太阳能集热器空晒前后的太阳能集热器的热效率变化（Ti*=0.08（㎡•K/W））

5 结论及建议

以上测 试数据仅对某种太阳能集热器空晒前后的工作效率进行比较，因为生产厂家、生产工 艺等方面的不同，以及空晒时间的不同，不同类 型集热器之间的热性能比较是没有意义的，但是通 过测试数据表明：空晒对 太阳能集热器热效率的影响比较大，因此在 进行太阳能采暖系统和空调系统设计时，应合理制定系统方案，从方案 角度避免集热器处于空晒时间过长。
避免太 阳能集热器出现空晒状况，建议采 用以下几种方式：
（1）首先充分利用太阳能，将收集 到的太阳能全部用掉，这是最好的解决方式；
（2）其次采 用蓄热手段将不能消耗的热量蓄存；
（3）最后考虑采用冷却器，当集热 系统温度过高时，开启冷却器，将多余的热量散出。
张昕宇 男 1975年10月 工程师 北京市北三环东路30号 100013 电话：010-84278906-820 传真：010-84288287 [email protected]
本研究项目受到“十一五”国家科 技支撑计划项目（项目号： 2006BAJ04A05，2006BAJ04A03）和中国 建筑科学研究院建筑安全与环境国家重点实验室项目(编号2008010933730005)的资助。