平板集熱器水霧現(xiàn)象怎么解決?

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          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(shù)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(wěn)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(jié)構(gòu)便于與建筑結(jié)合,其成為太陽能熱利用賴以支撐的技術(shù)和硬件。

        (圖片源于網(wǎng)絡(luò))

          國家已明確將太陽能光熱利用納入“十三五”發(fā)展規(guī)劃,8億平方米保有量的目標給行業(yè)提供了絕佳機遇,但面對行業(yè)存在的創(chuàng)新驅(qū)動乏力,技術(shù)發(fā)展停滯不前,特別是平板集熱器低價競爭嚴重、質(zhì)量壽命難以保證的局面,共同思考平板集熱器技術(shù)發(fā)展路線,先謀后戰(zhàn),夯實太陽能熱利用的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),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(xiàn)象

          平板集熱器是太陽能熱利用行業(yè)最有成效的產(chǎn)品之一,特別是在發(fā)達國家,其熱工理論和產(chǎn)品評價方法趨于完善,產(chǎn)品構(gòu)成材料、抗內(nèi)部高溫高壓影響和吸熱板結(jié)構(gòu)都有很大進步,市場應(yīng)用份額高達90%。但抗雨水滲透存在不足,作為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。

        水霧是什么?為什么會有水霧?怎么去除水霧?由表及里,追本溯源,探究平板集熱器根本性的問題。 

         

          人們經(jīng)常在居室窗戶上見到水霧,這是室內(nèi)水汽遇到冰冷的玻璃凝結(jié)為水珠后的結(jié)果,從機理上講是玻璃溫度低于水汽分壓所對應(yīng)的飽和溫度(稱為露點溫度)時出現(xiàn)的凝結(jié)現(xiàn)象(結(jié)露),所以寒冷天氣或者早晚最為多見。其原因都是房間空氣里有水分。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)為5g/kg(干空氣);而相對濕度80%時,含濕量為11g/kg 

        (干空氣),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(nèi)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(tài)下的空氣相接觸所能達到的極限含水量,以毛織物為例,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,這些稱之為殘余水分的水帶進來的。

          以一片2000×1000×90mm的平板工程機為例粗略計算,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干燥器,腔體內(nèi)的空氣狀態(tài)變了,平衡水分值會降低,高于此值的水分就會釋放出來,成為過熱水汽,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,剩下的在無日照后,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(zhì)

          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(zhì)是說明平板集熱器的腔體內(nèi)有水,不會因日照蒸發(fā)而消失。

        分析這些水分,有三個來源:

        殘余水分:集熱腔體內(nèi)的材料(特別是絕熱材料)因與環(huán)境濕度平衡后所吸收的平衡水分在被封裝時帶入腔體內(nèi),在潮濕地區(qū)(如我國的兩廣和江浙地區(qū))此種殘余水分會更多,而在干燥地區(qū)(如我國的西北和內(nèi)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(huán)境下因內(nèi)外濕度差(外部濕度大,內(nèi)部濕度小)形成的內(nèi)部材料吸濕而產(chǎn)生的水分增加,實際也是為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(qū),里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產(chǎn)的,殘余的平衡水分自然高些,歸根結(jié)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:腔體里的水蒸發(fā)后在平板集熱器的透明蓋層(玻璃)上凝結(jié)為水霧,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:絕熱材料多為多孔物質(zhì),容易吸濕。水的導熱系數(shù)為空氣的25倍,冰的導熱系數(shù)更大。材料吸濕后濕分占據(jù)了原被空氣充滿的部分氣孔空間,研究表明,導熱系數(shù)為0.03W/M·K的絕熱材料,吸取1%的水分后導熱系數(shù)增加25%,以后會成倍增加。

          吸收表面衰退:研究表明,吸收表面在鹽霧實驗中會產(chǎn)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(zhì)量的黑鉻涂層能耐達到120小時,而輻射特性特別好的藍鈦涂層甚至只有6個小時;作為非專業(yè)的用戶也有自已直接使用的觀察和經(jīng)驗。有的企業(yè)生產(chǎn)的藍膜陽臺平板集熱器在內(nèi)蒙古庫存一個冬季后,即發(fā)現(xiàn)吸收表面出現(xiàn)白斑。這里摘貼幾個代表性圖片,如圖4所示。 

        2結(jié)語 

          水霧現(xiàn)象及其帶來的問題是嚴重的,這是外因和內(nèi)因疊加的結(jié)果,外因是環(huán)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(zhì),特別是PM2.5和細塵的侵襲,使平板集熱器腔體內(nèi)部在不同程度上成為了酸堿鹽霧侵襲的對象;內(nèi)因要從平板集熱器自身的結(jié)構(gòu)和材料去尋找。平板集熱器是太陽能領(lǐng)域的主導產(chǎn)品之一,水霧的出現(xiàn),嚴重影響了平板集熱器的熱性能和壽命。

          最終發(fā)現(xiàn),影響水霧內(nèi)因主要是保溫材料含水吸濕過大、產(chǎn)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(yè)專家與生產(chǎn)廠家共同去攻克技術(shù)上的難關(guān),更好地解決平板集熱器的水霧及腐蝕問題,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的平板太陽能產(chǎn)品,以回饋廣大的用戶。

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