真空管太阳能集热器的应用和优势

真空管太阳能集热器包括真空管和吸热体。吸热体可以是：

1）在全玻璃真空管集热器中，连续的玻璃内管表面覆有太阳能选择性涂层，传热流体在管内流动（Wang等，1987，1989；Budihardjo等，2007；Li等，2010）；

2）在金属吸热体真空管集热器中，内管壁为金属（通常为铜），传热流体在管内流动（Window和Harding，1983；Window，1983；Zhigiang和Harding，1984，1985；Harding和Zhiqiang，1985a，b）；

3）闭式热管（Tabassaun等，1988）。热管不同的排布方式如图5.19所示。

全玻璃真空管集热器的热提取效率比金属管液体集热器高（Wang等，1987，1989）。但是其内管长度与内径之比不宜太大，否则集热器最底端将不发生流动（Morri-son等，2004，2005；Budihardjo等，2007；Shah和Furbo，2007）。

对于“干”式真空管集热器，如图5.19所示，每个吸热体翅片封闭在单独的圆柱形玻璃外壳中。后者仅有一个管道凸起部位，其周围玻璃被密封，并通过凸起部位将热量带走。真空外壳能避免吸热板与玻璃之间的对流热损失。集热器的热量传递一般通过热管吸热体来实现。

图5.19 热管式真空管集热器的多支管排布方式

在冷凝段和蒸发段内部，传热现象尤为复杂。热管式真空管集热器系统由真空玻璃外管内的单个翅片管式热管吸热体构成。翅片板通常有选择性表面，热管冷凝段经由集流管将热量传给流体。通过建立简单数学模型，可研究冷凝段和蒸发段的传热面积和传热系数的变化对其性能的影响。

图5.20 热管式真空管集热器的传热过程

图5.20所示为热管式真空管集热器的传热过程。与对流热损率相比，辐射热损率较低（因为吸热器使用了选择性表面）。稳态时太阳能集热板有用热输出的临界参数比如图5.21所示。集热器的热损失系数在工作范围内可以认为是常数。因此，热转移因子对效率曲线的形状有很大的影响。(www.xing528.com)

图5.21 集流管内有效冷凝对热管吸热体性能的影响

注：原书图片不清楚。

图5.22 全玻璃真空管集热器

热管吸热体的热转移因子取决于从冷凝段向集流管中流体的传热量，并且要保证热管中有足够的流体回流到吸热体中以产生有效的蒸发吸热（Kamminga，1986），如图5.20所示。

在“湿”式真空管中，水在由真空管和储热器组成的热虹吸管中循环。图5.22为“湿”式真空管集热器截面图。由于“湿”式真空管集热器被直接插到储热器套接口中，因此直流“湿”式真空管集热器避免了闭式“干”式集热器换热器效率的损失，如图5.23所示。

图5.23 直接插在储热水箱中的真空管集热器套接安装

据2010年的估计，“湿”式真空管集热器在中国的安装量已超过1500万台。虽然各种品牌的集热器已经从中国出口到其他地区，但是国际上这类系统还无法替代紧凑式热虹吸机组，后者由平板集热器的分流管和汇流管构成。