廣州太陽能熱水器_太陽能出熱水慢又小

使用太陽能形成冷水是太陽能領域中最成熟的技術。隨著人們生活質量的不斷提高和環保意識的不斷提高，太陽能熱水器市場也在不斷擴大。根據有關部門的統計，1998年廣州太陽能熱水器，全省累計擁有太陽能熱水器1500萬平方米。當年產品銷售總額為400萬平方米，總產值約35億元，居世界第一。近年來，廣東省太陽能熱水器的推廣應用也迅速發展，年銷售量已超過15萬平方米。公眾對太陽能熱水器的理解和知識正在進一步加深，許多人已經加入或正在選擇加入依靠太陽能的用戶行列。為了選擇理想的產品，謹慎的用戶自然必須比較各自的太陽能熱水器的節能效果，產水量和水溫。他們發現一些制造商聲稱其產品的有效日熱量增加為4500 kcal / m2（1. 881？104KJ / m 2），每天可生產45℃?80℃熱水100?120kg / m2 ;有些水的產量為100?150kg / m2；有些僅為2000 kcal / m2（8. 361？103KJ / m 2），水的產量為70kg / m2，是“最佳”和“最差”產品。產水量與有效熱量獲取之間的差異是原來的兩倍以上！

廣東太陽能熱水器的每日有效熱能是多少？每單位面積的冷水生產價值是多少？這些問題的答案取決于當地的太陽輻射，溫度，風速，水溫和其他氣象條件，以及太陽能收集器，水箱和管道的結構，材料和絕緣。

（一)太陽能熱水器的能量平衡方程

太陽能熱水器實際吸收的一部分太陽輻射能量用于加熱水，另一部分用于加熱集熱器，水箱，管道等部分，并彌補系統的各個部分。根據能量平衡理論，太陽能熱水器的能量平衡方程可以表示為：

QA = QU + QL + QS

公式中的

QA-太陽能熱水器每天每平方米的輻射面吸收的太陽輻射，kJ或kcal

QU-太陽能熱水器中的工作流體每天每平方米獲得的熱量，也稱為有效增益

熱，千焦或千卡

QL-每天每平方米的太陽能熱水器通過輻射，對流和傳導損失到周圍的環中

環境熱量，也稱為熱量損失，kJ或kcal

QS-太陽能熱水器（kJ或kcal）存儲的能量

QA =（??）HT之上

QU = MCp（te-ti）或M = QU / Cp（te-ti）

QL = UL（Te-Ta）？t

其中HT是集熱器傾斜表面上每單位面積kJ / m2或kcal / m2的日總太陽輻射量

（??）-透射率吸收率乘積％

te，ti，ta —熱水器停止溫度，初始溫度和環境溫度

M-太陽能熱水器的單位面積出水量kg / m2

Cp-恒壓下水的比熱kJ / kg℃或kcal / kg℃

UL-太陽能熱水器的總熱損失系數W / m2℃或kcal / m2℃h

？t-收集器吸收輻射s的累積時間s

Cc-太陽能熱水器各部分的單位面積潛熱kJ / m2℃

Tf-熱水器的平均溫度℃

？ T—太陽能熱水器各部分的溫升℃

t-時間s

（二)估計斜面上太陽輻射的月平均值

在安裝太陽能熱水器時，為了獲得最大的輻射，集熱器的采光面必須在中午時盡可能垂直于日光。通常認為，當全年使用太陽能熱水器時，集熱器的角度等于當地的經度。冬季使用熱水器時（從春分到夏熱），集熱器的傾斜角度為當地經度減100。使用時，集熱器的傾斜角為當地經度加100。廣州的地理經度為北緯230度，太陽能熱水器在春季的下半年主要使用。在計算中，收集器的南傾角可以選擇為330。

（1)估計斜面上太陽輻射日總數的月平均值

可以通過以下公式估算斜面上太陽輻射總天數的月平均值：

HT = RH

公式中，H是水平面太陽輻射總天數的月平均值

R是傾斜平面和水平面之間的總輻射天數之比

HT是斜面上太陽輻射總天數的月平均值

考慮到傾斜面上的總輻射由三部分組成：直接輻射，散射輻射和地面反射輻射，并假設天空的散射輻射和地面反射輻射是各向同性的，則

哪里是太陽直射總天數的月平均值

是太陽散射輻射總天數的月平均值

S是傾斜平面和水平面之間的傾斜角度

ρ是地面的反射率。當沒有積雪的地面時，平均值為ρ= 0. 2

它是從傾斜平面到水平平面的直接輻射天總數的比例

對于正南（方位角r = 0 0）傾斜平面，

ωS——水平面日落時的角度

s——斜面上的日落角

δ太陽磁偏角

φ——地理緯度

（2)選擇每個月的代表天

計算每個月中太陽輻射天總數的月平均值。根據中央氣象局有關專家的建議，在下表中選擇每個月的代表天數，以簡化估算。

表1每月代表天的選擇表

月份日期太陽偏斜序言日

1 17 -2 0. 84 17

2 14 -1 3. 32 45

3 15-2. 40 74

4 15 9. 46 105

5 15 1 8. 78 135

6 10 2 3. 04 161

7 18 2 1. 11 199

8 18 1 2. 28 230

9 18 1. 97 261

10 19-9. 84 292

11 18 -1 9. 02 322

12 13 2 3. 12 347

（[三)廣東省的太陽輻射資源與氣象條件

廣東省地處低緯地區。按總輻射量估算，全省大面積為4. 18×106?5. 434×106kJ /㎡·年（100?130萬千卡/㎡·年）。省太陽輻射三、四種類型的區域（資源通常是區域）。太陽輻射的區域分布的特點是廣州太陽能熱水器，島嶼數量少于臺灣，島嶼和沿海地區少于山區，而東部則少于東部地區。粵東汕尾市的年總輻射量為5. 518×106kJ /㎡·年，是臺灣年總輻射量最大的地方。連山縣北部的總輻射量為４. 14×106kJ /㎡·年，是全國最少的地方。平均日照率為44％。在大多數地區，每年的日照時間在1750到2000小時之間，但在大多數地區，日平均溫度都在10°C以上。

根據廣東省氣象局提供的歷史統計資料，廣州市的氣象條件見表2。其他地區的氣象條件與北京大致相似。

表2廣州地區每月和每年的太陽輻射和氣象數據

每月日照時數的百分比％平均風速m / s極端最高溫度℃極端最低溫度℃平均溫度℃相對濕度％總輻射kJ /㎡直接輻射kJ /㎡散射輻射kJ /㎡自來水溫度

℃

每月平均

每日平均每月平均

每日平均值每月平均值每日平均值

１ 13 8. 6 5 2. 8 2. 3 2 7. 9 0. 1 1 3. 3 69 309290 9967 158980 5128 15000 4839 15.1

2 8 7. 7 2 9. 6 2. 2 2 8. 6 0. 0 1 4. 4 78 248240 8866 95180 30 5466

3 7 9. 9 2 2. 2 2. 1 3 1. 0 3. 3 1 7. 9 8329299470 3208 192950 6224

4 8 9. 4 2 4. 3 2. 0 3 3. 0 7. 7 2 1. 9 84 302740 10091 81690 2723 221030 7367

５ 14 4. 3 3 6. 3 2. 0 3 6. 0 1 4. 7 2 5. 9 85 403430 13014 145320 4688 258110 8326

6 15 6. 2 3 8. 7 1. 8 3 6. 6 1 8. 9 2 7. 2 86338139800 4803 260320 11533

7 23 1. 0 5 6. 1 1. 9 3 7. 5 2 1. 6 2 8. 4 84 481960 15547 223550 7211 258420 8336

8 21 0. 1 5 3. 7 1. 8 3 8. 7 2 1. 1 2 8. 1 83 470420 15175 150650 7186 247650 8013

9 19 6. 7 5 3. 6 2. 0 3 7. 6 1 5. 5 2 6. 9 80 436760 14558 145580 7005 226610 7554

10 21 0. 5 5 9. 2 2. 0 3 3. 6 1 1. 3 2 3. 4 72 436060 14066 140670 7735 196280 6331

11 19 2. 5 5 7. 5 2. 3 3 2. 4 5. 3 1 9. 4 69 373150 12438 124380 7084 160630 5354

12 17 0. 1 4 9. 8 2. 3 2 9. 6 1. 8 1 5. 2 68 323680 10429 104290 5597 150160 4844

年平均190 6. 0 4 4. 3 2. 1 3 8. 7 0. 0 2 1. 9 78年累計4477900 12268年度累計

2002700 54870年累積

2475200 6781

根據上述估算公式，根據廣州地區Φ= 23 0、 S = 330，并根據表1和表2提供的有關數據，得出每月每個月的太陽輻射日總數可以估算出廣州地區的坡度。由于廣州的太陽能熱水器主要在冬季半年內使用，因此下表僅列出了廣州9、 1 0、 1 1、 1 2、 1、的估算結果：< / k107] 1 0、 1 1、 1 2、 1、 p>

表3

每月總水平輻射kJ /㎡

水平直接輻射kJ /㎡

水平散射輻射kJ /㎡

在傾斜表面上的總輻射量為330 kJ /㎡

9 1455 8. 5 700 4. 8 755 3. 7 1. 0360 0. 9916 1443 6. 0

10 1406 6. 5 773 4. 7 633 1. 5 1. 2580 1. 0207 1435 7. 5

11 1243 8. 4 708 3. 8 534 4. 2 1. 4738 1. 2512 1556 2. 6

12 1042 9. 1 559 7. 4 484 3. 8 1. 5860 1. 2943 1349 8. 9

1 996 5. 7 512 8. 4 483 8. 8 1. 5237 1. 2464 1242 3. 0

2 886 5. 8 339 9. 6 546 6. 6 1. 3118 1. 0860 962 7. 8

（四)太陽能熱水器的透射率，吸收率和熱損失系數的計算

太陽能熱水器由太陽能集熱器，熱水儲罐，循環管，支架等組成。太陽能熱水器的透光率和吸收率是太陽能集熱器的表面覆蓋率和吸收率。太陽能熱水器的熱損失系數包括集熱器的熱損失，儲熱水箱的熱損失和管道系統的熱損失。顯然，太陽能熱水器的熱損失小于太陽能集熱器的熱損失。如果熱水儲罐和循環管的熱損失為零，并且假定熱水器處于穩定狀態，即熱水器的組件不發熱或不吸收熱量，則熱量損失太陽能熱水器的熱量等于太陽能集熱器的熱量損失。

關于透過率和吸收率的乘積，國家標準GB / T6424-1997“平板太陽能集熱器技術條件”規定集熱器的FR（Δε）e不高于0. 68。 ，這是透明的。蓋板的日光透射率不得高于0. 78。對于工程應用，可以將太陽透射率的值近似地表示為（Δε）e。通常，家用3?5mm玻璃的日光透過率為0.] 8?0. 85，相關文獻報道了集電板的吸收率，如果0. 9?0. 95， ？= 0. 83，？= 0. 93，則收集熱量該設備的光效率大約等于0. 77。

關于集熱器的熱損失系數，國家標準GB / T6424-1997規定，熱損失系數FRUL不得低于6. 0W /㎡℃（即5. 167kcal /㎡℃h ），假設廣東省冬季為半年。太陽能熱水器的有效工作時間為6小時。對于溫度上升30℃的集熱器，每平方米6小時的熱損失為3888kJ /㎡（或930kcal /㎡）。如果當天的總太陽輻射為16720kJ /㎡（4000kcal /㎡），則集熱器的熱損失約占總輻射能的2 3. 3％。

（五)廣州地區太陽能熱水器的產水量預測

根據本田太陽能熱水器的近似估算公式

根據θ= 33 0、τ= 0. 8 5、α= 0. 9 5、 UL = 4W /㎡，（Te-Ti）= 30℃，Δt= 6小時，Ta = Ti，并且假設水箱管已絕緣，則可以估算出下表：

表4表現優異的太陽能熱水器的月平均產水量（廣州地區）

每月水平總輻射量

kJ /㎡

在傾斜表面上的總輻射量為330 kJ /㎡

平均溫度

℃冷水溫度

℃冷水產值

kg有效熱量增加

kJ /㎡效率

％

9 1455 8. 5 1443 6. 0 2 6. 9 5 6. 9 7 2. 26 906 1. 4 6 2. 8

10 1406 6. 5 1435 7. 5 2 3. 4 5 3. 4 7 1. 75 899 7. 5 6 2. 7

11 1243 8. 4 1556 2. 6 1 9. 4 4 9. 4 7 9. 51 997 0. 6 6 3. 7

12 1042 9. 1 1349 8. 9 1 5. 2 4 5. 2 6 6. 22 830 4. 0 6 1. 5

1 996 5. 7 1242 3. 0 1 3. 3 4 3. 3 5 9. 30 743 6. 2 5 9. 8

2 886 5. 8 962 7. 8 1 4. 4 4 4. 4 4 1. 30 517 9. 0 5 3. 8

平均1172 0. 7 1331 7. 6 1 8. 8 4 8. 8 6 5. 1 815 8. 1 6 0. 7

表5廣州地區日效率不同的太陽能熱水器的產水量

每月總太陽輻射天數的月平均值kJ /㎡項目太陽能熱水器的日效率（％）

45 50 55 60

9 1443 6. 0有效熱增益kJ /㎡649 6. 1 721 8. 0 793 9. 9 866 1. 8

產水量kg 5 1. 8 5 7. 6 6 3. 3 6 9. 1

10 1435 7. 5有效熱增益kJ /㎡646 1. 0 717 8. 7 789 6. 4 861 4. 6

產水量kg 5 0. 5 5 7. 3 63 6 8. 7

11 1556 2. 6有效熱增益kJ /㎡700 3. 2 778 1. 4 855 9. 4 933 7. 7

產水量kg 5 5. 8 6 2. 1 6 8. 3 7 4. 5

12 1349 8. 9有效熱增益kJ /㎡607 4. 4 674 9. 4 742 4. 5 809 9. 2

產水量kg 4 8. 4 5 2. 8 5 9. 2 6 4. 6

1 1242 3. 0有效熱增益kJ /㎡559 0. 3 621 1. 5 683 2. 6 745 3. 8

產水量kg 4 4. 6 4 9. 5 5 4. 5 5 9. 4

2 962 7. 8有效熱增益kJ /㎡43326 481 4. 1 529 5. 2 577 6. 8

產水量kg 3 4. 6 3 8. 4 4 2. 2 4 6. 1

表6廣州地區晴天（溫度升高30℃）日照效率不同的太陽能熱水器的產水量

每日效率％45 50 55 60

有效地發熱量

kJ /㎡7524 8360 9196 10032

大卡/平方米1800 2

產水量kg 6 0. 0 6 6. 7 7 3. 3 8 0. 0

注意：太陽輻射為16720 kJ /㎡（4000 kcal /㎡）

（[六）初步推斷

根據筆者在太陽能熱水器研發方面的多年經驗，我提出以下幾點看法：

1.北京（廣東）太陽輻射資源不豐富，屬于我國四個太陽輻射資源帶

通常具有資源。廣州今年下半年太陽能熱水器的產水量可能不會很高。

2.太陽能熱水器的性能出色（熱效率為60％），廣州冬季半年內每平方米集熱面積的有效熱能約為815 8. 1kJ /㎡d（ 195 1. 7 kcal /㎡）d）溫度升高30℃的冷水輸出量約為65kg。

3.性能卓越（熱效率60％）的太陽能熱水器在廣州在半年的冬天陰天時會產生30℃的溫度升高（太陽輻射為16720 kJ /㎡d（ 4000 kcal /㎡d））冷水約80kg（有效熱量增加為10032 kJ /㎡d（2400 kcal /㎡d））。

4.在廣州地區極端低溫的條件下，即使沒有輔助加熱，即使在多云的情況下，

在一天之內很難將太陽能熱水器的出水量提高到40°C，而這種熱水器的出水量為每平方米70kg。