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太阳能热水器
作者 黄郁文.国立冈山农工.电子科.一年甲班 指导老师:孙铭宏
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壹●前言 近年来环保议题的倡导,太阳能热水器在台湾受到政府的大力推广,因为它使用无污染的 太阳能,减少用电与瓦斯,亦减少二氧化碳的排放量,这对缓和地球温室效应有相当大的 助益.由於太阳能热水器没有瓦斯气爆与一氧化碳中毒的危险;也没有电线走火的危机, 而且在经济上,它节省了燃料费用的支出,从众多的研究数据上显示,五,六个人使用太 阳能热水器,一年约可减少 500 公斤的二氧化碳排放量,因此想为环保尽一份心力的我, 就鼓励父母於家里装设太阳能热水器,也因此对於太阳能热水器有了初步的认识,并藉由 小论文的撰写更加了解太阳能热水器,在此将此份小论文与大家分享. 贰●正文 一,太阳能热水器原理 1.太 阳 能 热 水 器 热 传 机 制 太阳能热水器吸收太阳能辐射能,转换为热能,产生热水的设备,包含了所有热传模式: 热辐射,热传导和热对流.一般来说,集热板是选择较高热传导系数之物质,如铜,铝等 金属,作为基板,并於其上方涂装一层具高热辐射吸收率和低热辐射放射率材质近黑色薄 膜以利太阳热能吸收. 【注一】 2.太阳能热水器加热原理 太阳能热水器加热原理是利用冷水比热水比重大的原理,冷水下流,热水上升,这种自然 对流循环,使水箱中的水不断加热.其热水循环示意图如【图一】所示,真空管在太阳光 线作用下,管内水逐渐被加热,由於热水受热比重下降,会水箱上浮,而水箱中的冷水比 重大,会向真空管下沉,这时真空管的水不断被加热,与水箱中的冷水不断形成温差自然 循环,因此就会将整个储水箱的水加热到一定的温度.
【图一】太阳能热水器循环示意图
(资料来源:昆山科技大学电机工程系.检索於:2009/10/30,http://teachers.ksu.edu.tw/pdc2006/03_col/web/92/01/solari.htm)
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二,太阳能热水器的构造 太阳能热水系统构造主要由集热器,储水桶,管路系统,控制系统四大部份所构成. 1.集热器 集热器为太阳能热水系统的心脏,太阳光穿过透明面盖到达吸收板,经板射能转换成热 能,再传给循环面之特殊处理转换成热能由吸收管内之流体带出,而将整个储水桶水加 热到一定热度. 【图二】所示为各式太阳能集热器. 集热板的详细构造可分为面盖,吸热板,隔热材料与外框.吸热板最长见的有管式及板 式两种.管式吸热板为将吸收板与吸收管分别制造,再焊接而成,所用材料一般为铝板 铜管或铜板铜管式.板式吸热板则为将吸收板冲压成凹槽,两片相对焊接而成,期凹槽 极为吸收管,一般多用不锈钢制成,近年因化工业的发展,亦有塑胶或纤维制品以模具 制造,一体成型.
【图二】各式太阳能集热器
(资料来源:成大太阳能研究中心.检索於:2009/10/30,http://solar.rsh.ncku.edu.tw/t01_structure.php)
(1)金属板集热器: 金属板集热器是将整个吸收板,吸收管以及面盖以外框固定,而中间填塞隔热材料防 止热损失.面盖的作用为防止对流热损失并可保护吸收板,多使用高强度高透射率强 化玻璃制成.吸收板一般的材料为铜板,铝板或不锈钢板,在这些不同材料中,以铜 质板导热效率最好,吸收板表面需经特殊处理,一般常用喷漆,烤漆,电镀等方式, 其中以电镀效果最佳.吸收管多为铜管制成,管内流体一般都直接用水,但亦有使用 其它流体为传热媒介.下页【图三】为金属板平板式集热器的构造.
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【图三】金属板平板式集热器构造
(资料来源:再生能原网.检索於:2009/10/31,http://www.re.org.tw/Re2/knowledge.aspx CategoryID=3)
(2)真空管集热器: 另一种最近较为流行的集热装置为真空管集热器,其基本构造为内外双层玻璃管套, 中间为真空层,外层玻璃为透明,内层玻璃镀有深色吸收膜,太阳辐射光波经由外层 玻璃进入,经过真空层,被吸收膜吸收进入内层玻璃中,并加热其中流通的热水,而 镀膜与真空层皆具有阻断热能散失的功能,得到的热水温度比上述的板管式为高,所 以适合高纬度的地区及高山地区使用.如【图四】所示. 【注二】
【图四】全玻璃式真空管集热器构造
(资料来源:再生能原网.检索於:2009/10/31,http://www.re.org.tw/Re2/knowledge.aspx CategoryID=3)
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