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平板集熱器水霧現象怎麽解決?

放大字體  縮小字體 發布日期:2015-12-05  來源:太陽能聯盟網  浏覽次數:435
核心提示:平板太陽能集熱器(以下簡稱“平板集熱器”)接收太陽輻射最多、技術最成熟、成本最低廉和不需跟蹤的特點契合了太陽能分散性強、能流密度低和不穩定的特性,是解決人類最大量的低中溫熱能消耗的最有效的器件之一,其堅固可靠的板狀結構便于與建築結合,其成爲太陽能熱利用賴以支撐的技術和硬件。
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0引言

       平板太陽能集熱器(以下簡稱“平板集熱器”)接收太陽輻射最多、技術最成熟、成本最低廉和不需跟蹤的特點契合了太陽能分散性強、能流密度低和不穩定的特性,是解決人類最大量的低中溫熱能消耗的最有效的器件之一,其堅固可靠的板狀結構便于與建築結合,其成爲太陽能熱利用賴以支撐的技術和硬件。

國家已明確將太陽能光熱利用納入“十三五”發展規劃,8億平方米保有量的目標給行業提供了絕佳機遇,但面對行業存在的創新驅動乏力,技術發展停滯不前,特別是平板集熱器低價競爭嚴重、質量壽命難以保證的局面,共同思考平板集熱器技術發展路線,先謀後戰,夯實太陽能熱利用的技術和産業基礎,就是一個刻不容緩的課題。

1平板集熱器問題的剖析

1.1平板集熱器的水霧現象

平板集熱器是太陽能熱利用行業最有成效的産品之一,特別是在發達國家,其熱工理論和産品評價方法趨于完善,産品構成材料、抗內部高溫高壓影響和吸熱板結構都有很大進步,市場應用份額高達90%。但抗雨水滲透存在不足,作爲集熱器的圍護腔體存在不同程度的滲水、吸潮和排濕不好等情況。一個最普遍最直觀的表象就是水霧,如圖1、圖2和圖3所示。

水霧是什麽?爲什麽會有水霧?怎麽去除水霧?由表及裏,追本溯源,探究平板集熱器根本性的問題。
 
人們經常在居室窗戶上見到水霧,這是室內水汽遇到冰冷的玻璃凝結爲水珠後的結果,從機理上講是玻璃溫度低于水汽分壓所對應的飽和溫度(稱爲露點溫度)時出現的凝結現象(結露),所以寒冷天氣或者早晚最爲多見。其原因都是房間空氣裏有水分。濕度大水分多,濕度小水分少,當氣溫18℃,相對濕度40%時,含濕量(d)爲5g/kg(幹空氣);而相對濕度80%時,含濕量爲11g/kg
(幹空氣),可見含濕量增加了1倍。

平板集熱器有水霧也是同樣的道理,平板集熱器腔體內的水分在封裝時,含有水分的空氣,更多的是含有平衡水分(它是材料與一定狀態下的空氣相接觸所能達到的極限含水量,以毛織物爲例,相對濕度40%時,平衡水分(X)是11kg/100kg;而相對濕度80%時,平衡水分(X)是20kg/100kg,
含濕量增加了1倍。)的保溫材料,如玻纖棉,這些稱之爲殘余水分的水帶進來的。

以一片2000×1000×90mm的平板工程機爲例粗略計算,相對濕度大概40%時,空氣帶進1g水,保溫材料帶進4g水,總計5g水;相對濕度80%時,水達到10g。在太陽照射平板集熱器時,平板集熱器實際上就是一個溫室型輻射幹燥器,腔體內的空氣狀態變了,平衡水分值會降低,高于此值的水分就會釋放出來,成爲過熱水汽,這時是看不到的,這些水汽也會有一些從不密閉的縫隙中排出,剩下的在無日照後,玻璃冷卻下來,到了露點,就顯露出來,便能看見水霧。

1.2平板集熱器水霧的實質

水霧是人們對平板集熱器好壞的最直觀印象,也是平板集熱器最令人頭痛的事情。其實,水霧只是一個表象,它存在的實質是說明平板集熱器的腔體內有水,不會因日照蒸發而消失。

分析這些水分,有三個來源:

殘余水分:集熱腔體內的材料(特別是絕熱材料)因與環境濕度平衡後所吸收的平衡水分在被封裝時帶入腔體內,在潮濕地區(如我國的兩廣和江浙地區)此種殘余水分會更多,而在幹燥地區(如我國的西北和內蒙古)相對就會好一些。

滲入水分:因集熱腔體的不密閉而由外部滲入的水分,如雨水,特別是狂風暴雨的時候。

返潮水分:在潮濕環境下因內外濕度差(外部濕度大,內部濕度小)形成的內部材料吸濕而産生的水分增加,實際也是爲平衡濕度而形成的平衡水分。

圖3平板集熱器陣列位于甘肅省金昌市金川區,裏面的片片平板集熱器都存在大面積水霧。這些平板集熱器是南方某廠家生産的,殘余的平衡水分自然高些,歸根結底,終究都是水分惹的禍。

1.3平板集熱器中水分的危害

削弱太陽輻射:腔體裏的水蒸發後在平板集熱器的透明蓋層(玻璃)上凝結爲水霧,透過率會受影響,接收到的太陽輻射能量就會削弱,也加大了頂部空氣夾層的對流熱損失。

絕熱受潮:絕熱材料多爲多孔物質,容易吸濕。水的導熱系數爲空氣的25倍,冰的導熱系數更大。材料吸濕後濕分占據了原被空氣充滿的部分氣孔空間,研究表明,導熱系數爲0.03W/M·K的絕熱材料,吸取1%的水分後導熱系數增加25%,以後會成倍增加。

吸收表面衰退:研究表明,吸收表面在鹽霧實驗中會産生不同程度的腐蝕,不同吸收表面的耐鹽霧試驗的能力也有差別,高質量的黑鉻塗層能耐達到120小時,而輻射特性特別好的藍钛塗層甚至只有6個小時;作爲非專業的用戶也有自已直接使用的觀察和經驗。有的企業生産的藍膜陽台平板集熱器在內蒙古庫存一個冬季後,即發現吸收表面出現白斑。這裏摘貼幾個代表性圖片,如圖4所示。
 
2結語
水霧現象及其帶來的問題是嚴重的,這是外因和內因疊加的結果,外因是環境的陰晴雨雪,狂風暴雨,溫濕度的高低變化,大氣中有害物質,特別是PM2.5和細塵的侵襲,使平板集熱器腔體內部在不同程度上成爲了酸堿鹽霧侵襲的對象;內因要從平板集熱器自身的結構和材料去尋找。平板集熱器是太陽能領域的主導産品之一,水霧的出現,嚴重影響了平板集熱器的熱性能和壽命。

最終發現,影響水霧內因主要是保溫材料含水吸濕過大、産品密閉不嚴和排氣效果差等三個方面。這些問題還需要行業專家與生産廠家共同去攻克技術上的難關,更好地解決平板集熱器的水霧及腐蝕問題,生産出優質的平板太陽能産品,以回饋廣大的用戶。

 
關鍵詞: 平板集熱器 水霧

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