熱管式平板太陽能空氣集熱器及其采暖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能采暖技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種新型的熱管式平板太陽能空氣集熱器及其采暖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實(shí)現(xiàn)太陽能的高效利用，與以水為工質(zhì)的太陽能集熱器相比較，空氣有著其特有的優(yōu)越條件，如投資相對(duì)低廉、冬季可防止冷凍、不必過分在意泄漏問題的發(fā)生、啟動(dòng)速度快等，使得太陽能空氣集熱器可簡(jiǎn)單有效的用于冬季的采暖、優(yōu)化室內(nèi)氣流組織等，并成為了太陽能采暖的新方向。而在非供暖季為了避免能源的浪費(fèi)，也可用于工業(yè)及農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行干燥作業(yè)等。板式太陽能空氣集熱器是一種以直接利用空氣進(jìn)行集熱的裝置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非常適用于農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)、工業(yè)廠房、邊遠(yuǎn)哨所的建筑采暖及工農(nóng)業(yè)物料干燥等領(lǐng)域。與真空管型的太陽能空氣集熱器相比，具有不易破損，阻力小，有效吸收太陽輻照面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的板式太陽能空氣集熱器是通過涂有選擇性吸收涂層的吸熱膜將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能吸收，熱量通過對(duì)流和導(dǎo)熱的形式傳遞給空氣，進(jìn)而加熱空氣。即目前的平板太陽能空氣集熱器是空氣與吸熱膜直接換熱，屬于傳統(tǒng)的板掠式對(duì)流換熱，此種結(jié)構(gòu)形式的太陽能集熱面在集熱的同時(shí)也充當(dāng)空氣通風(fēng)換熱面，因此存在集熱面與換熱面只能作為一體的弊端，使得其換熱容易出現(xiàn)流動(dòng)、換熱及溫度都不均勻的情況，使得空氣與吸熱板的有效換熱量減少，降低了板式太陽能空氣集熱器的換熱效率和可靠性。而且傳統(tǒng)板式太陽能空氣集熱器之間的連接、密封都較復(fù)雜、不可靠、成本高，以及空氣流動(dòng)阻力較大消耗較大風(fēng)機(jī)功耗等，采暖系統(tǒng)基本不太實(shí)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的板式太陽能空氣集熱器空氣與吸熱膜直接換熱導(dǎo)致?lián)Q熱效率低以及可靠性差等問題，提供一種新型的熱管式平板太陽能空氣集熱器，設(shè)置太陽能平板集熱與熱傳輸段以及空氣通風(fēng)換熱段，通過具有微熱管陣列的平板熱管與吸熱涂層緊密有機(jī)結(jié)合，平板熱管內(nèi)工質(zhì)的不斷冷凝、蒸發(fā)相變，最終與風(fēng)道內(nèi)空氣換熱，平板熱管可實(shí)現(xiàn)大面積熱吸收及冷凝段的高效熱釋放，集熱器則實(shí)現(xiàn)了太陽能集熱、熱輸運(yùn)及空氣換熱之間的分離，區(qū)別于傳統(tǒng)太陽能空氣集熱器都是將太陽能集熱面與空氣通風(fēng)換熱面只能做成一體的弊端，本發(fā)明可以大幅提高太陽能的吸收效率并提高熱量的傳遞效率，增強(qiáng)集熱效果的同時(shí)，集熱器可大幅降低空氣流動(dòng)阻力。本發(fā)明還涉及一種利用該熱管式平板太陽能空氣集熱器的采暖方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種熱管式平板太陽能空氣集熱器，其特征在于，包括太陽能平板集熱與熱傳輸段、空氣通風(fēng)換熱段，所述太陽能平板集熱與熱傳輸段包括鋼化玻璃、高效吸熱涂層、保溫隔熱空氣層及平板熱管的蒸發(fā)段，所述平板熱管為由金屬材料經(jīng)焊接或擠壓或沖壓成型的具有兩個(gè)及以上并排排列的微熱管陣列的平板結(jié)構(gòu)，所述高效吸熱涂層的背面與平板熱管的蒸發(fā)段的正面有機(jī)結(jié)合，所述鋼化玻璃覆蓋在與高效吸熱涂層有機(jī)結(jié)合的平板熱管的蒸發(fā)段的正面，所述保溫隔熱空氣層為高效吸熱涂層與鋼化玻璃之間留有的四周封閉的起保溫隔熱的空氣且高效吸熱涂層的正面與鋼化玻璃內(nèi)表面距離為20mm?50mm ;所述空氣通風(fēng)換熱段包括風(fēng)道、風(fēng)機(jī)和平板熱管的冷凝段，所述平板熱管的冷凝段設(shè)置在與太陽能集熱與熱傳輸段完全隔離的風(fēng)道內(nèi)，所述風(fēng)機(jī)設(shè)置在風(fēng)道的一側(cè)。
[0007]所述平板熱管的冷凝段外部設(shè)置有若干金屬制的散熱翅片，所述散熱翅片均設(shè)置在風(fēng)道內(nèi)且各散熱翅片的設(shè)置方向與風(fēng)道平行。
[0008]所述平板熱管的微熱管陣列中的各微熱管等效直徑為1_?5_。
[0009]所述平板熱管的微熱管陣列中的各微熱管內(nèi)設(shè)置有起強(qiáng)化傳熱作用的若干微翅片或者微槽。
[0010]所述高效吸熱涂層的正面與鋼化玻璃內(nèi)表面距離為35mm。
[0011 ] 所述風(fēng)道的外表面包覆有保溫材料。
[0012]所述平板熱管的蒸發(fā)段的背面包覆有保溫材料。
[0013]—種太陽能空氣集熱的采暖方法，其特征在于，采用上述的熱管式平板太陽能空氣集熱器，將所述熱管式平板太陽能空氣集熱器設(shè)置于室外，并將風(fēng)道的出風(fēng)口連通室內(nèi)，在太陽能平板集熱與熱傳輸段太陽能熱透過鋼化玻璃被與高效吸熱涂層有機(jī)結(jié)合的平板熱管的蒸發(fā)段吸收后，在平板熱管的微熱管陣列內(nèi)形成熱管效應(yīng)，由空氣通風(fēng)換熱段的平板熱管的冷凝段與風(fēng)道內(nèi)空氣換熱，最終放熱到室內(nèi)。
[0014]將所述熱管式平板太陽能空氣集熱器沿一定傾角設(shè)置在屋頂上。
[0015]將熱管式平板太陽能空氣集熱器的傾角設(shè)置在當(dāng)?shù)噩|度加減10度之間。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0017]本發(fā)明涉及的熱管式平板太陽能空氣集熱器，包括太陽能平板集熱與熱傳輸段、空氣通風(fēng)換熱段，具體包括鋼化玻璃、高效吸熱涂層、保溫隔熱空氣層、平板熱管、風(fēng)道和風(fēng)機(jī)，高效吸熱涂層的背面與平板熱管的蒸發(fā)段有機(jī)結(jié)合，鋼化玻璃覆蓋在與高效吸熱涂層有機(jī)結(jié)合的平板熱管的蒸發(fā)段的正面，保溫隔熱空氣層設(shè)置于高效吸熱涂層與鋼化玻璃之間且高效吸熱涂層的正面與鋼化玻璃內(nèi)表面距離為20mm?50mm，即形成具有特定厚度的保溫隔熱空氣層，以減少因?yàn)槊芏炔钜鸬目諝庾匀粚?duì)流向外散熱；平板熱管的冷凝段設(shè)置在風(fēng)道內(nèi)，風(fēng)機(jī)設(shè)置在風(fēng)道的一側(cè)。本發(fā)明分別設(shè)置了物理隔離的太陽能平板集熱與熱傳輸段以及空氣通風(fēng)換熱段，在太陽能平板集熱與熱傳輸段采用了具有微熱管陣列的平板熱管與高效吸熱涂層緊密的有機(jī)結(jié)合的全新結(jié)構(gòu)形式，使接觸形式更加緊密，接觸熱阻減小，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，提高了太陽能吸熱效率和熱量的傳遞效率，太陽能熱透過鋼化玻璃被緊密貼合有或涂有高效吸熱涂層的平板熱管的蒸發(fā)段大量吸收，平板熱管的平板面積大能增加與太陽能換熱面積并利用平板熱管自身的高效的換熱及熱輸運(yùn)的特點(diǎn)，以及利用高效吸熱涂層的高吸收、低發(fā)射率及高隔熱保溫特性，使得在平板熱管的蒸發(fā)段間接吸收太陽能輻射熱量后，其蒸發(fā)段的液體迅速蒸發(fā)，并在平板熱管的另一端，即在位于風(fēng)道的平板熱管冷凝段冷卻凝結(jié)放熱，即由冷凝段與風(fēng)道內(nèi)空氣換熱，平板熱管的微熱管陣列中的工質(zhì)不斷的蒸發(fā)、冷凝相變，將熱傳到散熱段(即平板熱管的冷凝段)，風(fēng)機(jī)使得空氣熱沿一定風(fēng)向從風(fēng)道流出，可以大幅提尚太陽能的吸收效率并提尚熱量的傳遞效率，避免了現(xiàn)有的板式太陽能空氣集熱器空氣與吸熱涂層直接換熱導(dǎo)致流動(dòng)、換熱及溫度都不均勻的情況，從而導(dǎo)致?lián)Q熱效率低以及可靠性差等問題。本發(fā)明的熱管式平板太陽能集熱器區(qū)別于傳統(tǒng)太陽能空氣集熱器都是將太陽能集熱面與空氣通風(fēng)換熱面只能做成一體的弊端，將集熱與通風(fēng)的風(fēng)道進(jìn)行了物理隔離，克服了直接通風(fēng)造成的大量熱損失，具有換熱效率高、可靠強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，而且無需集熱與蓄熱用液體介質(zhì)，具有全干式，簡(jiǎn)單、高效、防凍，安全可靠，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0018]平板熱管為由金屬材料經(jīng)焊接或擠壓或沖壓成型的具有兩個(gè)及以上并排排列的微熱管陣列的平板結(jié)構(gòu)，各微熱管內(nèi)灌裝液體工質(zhì)且兩端密封組成陣列，各微熱管內(nèi)自然形成熱管效應(yīng)，整體構(gòu)成平板熱管，該結(jié)構(gòu)的平板熱管制作工藝簡(jiǎn)單，具有熱管傳熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，平板熱管可實(shí)現(xiàn)大面積熱吸收及冷凝段的高效熱釋放，能夠進(jìn)一步提高吸收太陽能的效率和傳熱效率。優(yōu)選設(shè)置單根微熱管的等效直徑為lmm-5mm，單根微熱管的等效直徑不得低于1_，使得單根微熱管的熱傳輸能力不得低于1W，從而使微熱管陣列的總體熱輸運(yùn)極限要高于吸收太陽能的能力。同時(shí)，單根微熱管的等效直徑不得高于5_，使得單根微熱管的內(nèi)部承壓能力要高于20大氣壓。
[0019]優(yōu)選在平板熱管的冷