平板太阳能不热的原因（太阳能热水器不热解决方法）

我最近与一位考虑购买系统的企业主讨论了不同类型的太阳能热水集热器。他听说过很多关于真空管管集热器的信息，但他知道我使用的是平板收集器。所以他问我哪种类型更好。“答案很简单，”我告诉他。“两者兼而有之。”

为了理解其中的区别，让我们首先讨论一些基本的物理学。热（能量）有三种传递方式。它们是辐射，传导和对流。这些传输方法中的每一种在所有加热和冷却系统中都处于活动状态，包括太阳能。但是，对于给定的系统，这三种方法的重要性可能不相等。

辐射是能量在空间中的转移，没有介质的帮助。人们曾经认为太阳辐射不可能穿过“空”空间到达地球。两者之间必须有某种东西来传导能量。它被称为“以太”。我们现在知道，辐射在真空中传播没有任何帮助。大多数人都知道太阳在他们身上或从壁炉上发出的辐射能量，但不知道辐射是从温度高于绝对零度的每个身体发出的。为了说明这一点，将手放在离脸约1/2英寸的地方。你会感觉到你的手和脸之间的辐射转移。

第二，有传导。我们都知道当我们接触热表面时的传导。热量通过分子在固体表面撞击在一起传递。如果您加热铜管的一端并保持在另一端，您将感受到从热端传递到较冷端的热量。

第三是对流。对流传热意味着将热分子从一个地方移动（对流）到另一个地方，在那里它将热量传递到更冷的东西。热风炉将加热的空气输送到房屋中。热水通过管道从加热器流向水龙头。当冷空气吹过我们的皮肤时，它会吸收表面的热量并将其带走，因此天气新闻中的“风寒”因素。

因此，我们需要了解，辐射是太阳能集热器获得能量的主要方式，传导是热量通过金属吸收板传递到水中的方式，对流是热量通过水流向储罐的方式。我们需要理解的另一个概念是，通过传导和对流传递的热量取决于系统的热端和冷端之间的温带差异。例如，如果铜管的热端和冷端之间的温度加倍，则两者之间传递的热量将加倍。冷端的加热速度是原来的两倍。同样，在对流风寒的例子中，风和皮肤之间的温差越大，传递的能量就越多。

集热器也通过辐射、传导和对流来散失热量。就像壁炉里的火一样，热收集器吸收板会将能量辐射回太空。有特殊的电镀黑色涂层，其辐射量小于普通热表面。它们被称为“选择性表面”，因为它们不像正常表面那样辐射，而普通表面被称为“黑体”。太阳能集热器上的大多数黑色涂层都是选择性表面。它们可能吸收95%的太阳辐射，但再辐射量仅为普通黑体多10%。黑色炉漆是一种黑色的身体，可以将收集到的能量的30%重新辐射回太空。

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图 1.平板太阳能集热器

现在回到问题。哪种类型的太阳能集热器更好？通过在同一图表上比较两种类型收集器的性能曲线可以找到答案。图2显示了典型平板和真空管收集器的性能曲线。典型的平板集热器在图的左端具有约70%的最大效率，其中入口水温等于外部（环境）空气温度。也就是说，当没有温差并且捕获的能量不会丢失到周围环境中时。当我们在图表上向右移动时，进入收集器的水与环境空气之间的温差增加，并且收集器的效率随着能量损失到较冷的环境中而下降。在一定的温差下，集电极失去的能量与它获得的能量一样多，效率为零。

当进水和空气温度相等并且没有损失时，真空管（ET）收集器的效率可能仅为45%。然而，吸收器板周围的真空室充当超级绝缘，并且从吸收器传导的热量要少得多。ET集热器效率在较高温差下不会迅速下降。

在同一张图上绘制，两条曲线在103oF温差标记附近相互交叉。这称为交叉点。在交叉点之前（在图表左侧），平板收集器效率更高。在交叉点的右侧，真空管收集器效率更高。由于价格较高，耐用性较低，在选择真空管连接器之前，经济型交叉点可以向右移动。

例如，假设外面是40华氏度。只要进入的水温低于143oF，平板收集器将更有效率。当水温上升到143oF以上时，ET收集器将更有效率。在外部温度为0oF的一天，当进入水温达到103oF时，效率交叉点就会发生，请注意，我们只对收集器运行时的平均白天温度感兴趣，而不是该位置的最冷温度。对于此计算，给定月份的平均白天温度是一个不错的数字。

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图 2.平板和真空管收集器的性能曲线。

更好的方法是对整个一年进行比较，如图3所示。毕竟，我们不会每月更换收集器，因为哪个更好。例如，在一个日平均气温从冬季的 39ºF 到夏季的 80ºF（北卡罗来纳州中部）的位置，当进入收集器的入口温度为 187 ºF 时，平板和真空管收集器的年效率是相同的。也就是说，在一整年的周期中，这些特定收集器在北卡罗来纳州中部气候中的交叉点为187ºF。

生活热水（DHW）和空间加热（SH）应用远低于此交叉温度。

然而，在平均温度低得多的北方气候中，交叉点可能有利于ET收集者。

因此，在真空管和平板太阳能热水收集器之间进行选择时，最关键的因素是交叉发生的位置以及它与给定应用所需的输送温度的比较情况。

良好的太阳能工程涉及设计可以在尽可能低的温度下运行的系统。从40或50ºF开始加热地下水比试图提高120ºF水的温度更有意义。同样，在室温下开始预热强制空气比尝试在输出温度下增加热量更可取。

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