“真空”平板太阳能热水器的探讨

真空平板太阳热水器是用真空平板玻璃作面盖，盖下有金属吸热体，吸热体下有保温材料，保温材料下面有防护外壳，这四部分的总成，叫太阳集热器，再配上循环管路和储水箱。

　　用真空平板玻璃作平板太阳热水器的面盖，太阳入射率高、反射率低；太阳能利用率可达95％左右；面盖不与工作液体接触，不存在结垢问题；平板玻璃易于冲洗维护，特别是大面积太阳集热器群，可采用管系冲淋系统，集中冲洗污物，确保玻璃表面洁净，提高太阳入射率；平板玻璃制作简易，无特殊工艺要求，从收集太阳能角度而言，只要求玻璃原料含铁量低些为佳，这样太阳透射率高，有利太阳能的收集。

　　严格讲窗用平板玻璃，不完全适宜太阳能收集之用。窗玻璃主要为采光之用，故对太阳透射率要求不高。但中国以往没有专用的太阳能玻璃，只好将就代用了。从资料可知北京昌平、湖南株州、江苏宿适三家玻璃厂生产的3毫米平板玻璃，其太阳透射率分别为85.9％、82.8％、81.0％；其含铁量分别为0.17、0.17、0.18。而河南洛阳玻璃厂产品，太阳透射率仅有73.2％，含铁量高达0.29。可见玻璃含铁量与太阳透射率成反比。

　　从上所述，用太阳能玻璃制成真空平板玻璃，用于平板太阳热水器上，则热效率比单层玻璃太阳热水器要高20％以上。

　　到底真空玻璃导热状况怎样？有没有定性测试过？有！空气的导热系数为0.02，比较好的保温材料导热系数为0.03以上。而当真空度为10-4时，真空玻璃的导热系数仅为空气的百分之一，可见极小极小了。
　　关于吸热体

　　吸热体是平板太阳热水器的核心部件，它先要完成光热转换，再将热能传给待加热的水。吸热体主要由金属材料制成，初期为钢管板绑扎结构，后来出现了焊接式、铝翼式、铜铝复合式，各有千秋。有的结合热导差、有的能耗太高、有的耗材太多、有的工艺复杂。但共同点，传热比玻璃高几十倍至几百倍，如铜的导热系数在320左右，铝在160左右，铜在40左右，而玻璃只有0.64。

　　而耐压能力可达10KG/CM2，玻璃连0.5KG/CM2压力也承受不了。故金属吸热体可进行自然循环，强制循环和直流式工作。因流速与传热系数成正比，所以金属吸热体传热效率也高得多。

　　笔者曾发明吸热体的管板结合新工艺，只需一台冲床，二套模具即可批量生产，可谓设备少，投资省；只有冲、穿、压三道工序即可完成，可谓简单、易行；无需焊接或其它辅助材料，可谓省工节能；以薄壁紫铜管为排管、薄铝板为翅片，可谓配伍科学，耐腐蚀、传热好、材料省。

　　这种结构，参加全国太阳热水器评比时，平均日效率为0.563，热损系数为1.75，与当时获一等奖的产品热性能相同。

　　集热器与水箱联接

　　平板太阳集热器与水箱联接是用的螺纹管件，不会滴漏，不会老化，使用寿命10年以上。若采用直流式或强制循环式，水箱与集热器可以任意位置分别安装，可减轻屋面负荷，并有利水箱的维护与保温。如把集热器放在屋面上，而把水箱安装在淋浴间。

　　集热器与屋面结合

　　国外在上世纪80年代，太阳集热器就广泛与坡屋面结合一体，这样省去了支架，省去了屋面的复盖材料，增强了屋面保温隔热性能，真可谓一举三得！故平板集热器出口，深受欧美、日本、东南亚人民的欢迎。

　　价格与热效率

　　原来单层玻璃平板热水器，每平方米只有300～500元，而当时的真空管太阳热水器的价格是其两倍左右，且热效率相似。故当时平板太阳热水器独霸天下。

　　若换上真空平板玻璃作面盖，肯定要比单层玻璃的要贵。但只要大批量生产，加之封边技术进一步改进，成本会不断降低，也许不久比现在的真空管还便宜。但其热效率可高达65％～70％。降低热辐射损失。以往所有太阳热水器都未避免热辐射损失。从理论上讲凡超过绝对温度零度以上的物体，皆会产生热辐射。而我们使用的太阳热水器的水箱，里面的热水一般都在50℃～70℃，那辐射热损肯定会有，而靠外壳及保温材料是挡不住辐射热损的，若在水箱内胆外表面饰以反光材料，则可大大降低辐射热损。其实保温瓶内胆外表面不就是这样制作的吗！

　　外壳与保温材料

　　以往的平板太阳集热器的吸热体下面都垫以厚厚的保温材料，以利隔热、减少热损。我的设计，是取消保温材料。而采用全封闭蜂窝结构钙塑材料的外壳，利用最好的保温材料，因其导热系数只有0.02，而最好的保温材料导热系数皆在0.03以上。中空玻璃就是利用密闭的干燥空气来隔热保温的，是最好的示范产品，是被科学证明了的较好的节能窗用采光玻璃。

　　中空外壳上表面，饰以反光材料，以达降低集热器的辐射热损。这样省去了保温材料，降低了成本，又降低了集热器的厚度和重量，又是一举三得啊！

　　降低集热器的呼吸作用

　　平板集热器，以往国内外产品，大多不重视密封。一般在面盖玻璃四边布上毡条，放上边框即行。进出水管与壳体的间隙也很大。由于集热器是一个密闭性容器，吸热体与面盖玻璃之间有30毫米间隙，故充满了空气。根据流体力学，空气的压强P、温度T、体积V有下列关系P＝GRT／V。中午太阳辐射强度很大时，空气温度急剧上升，则内压力也大大增加，由于密闭不严，高温、高压的空气即泄漏出去。夜晚气温降低，集热器之间的空气温度与压强也降低了，则空间又形成了负压，外面的空气又进入了集热器的空间，这样就形成了呼吸作用。如此，一方面加大了对流热损，降低了效率；另方面也带进了灰尘，影响吸热体的功能。若在雨后或夜晚，空气中的水分也被带入集热器内，则又降低了保温性能、加速吸热体的电化腐蚀和减少使用寿命。故集热器的呼吸作用，对其长期性能影响很大。

　　发现了问题，运用现代技术,给予科学的解决。如用油灰或胶液密封，加防护罩条，给罩条加压固定等。

　　总之一台全新的平板太阳热水器，要从各个角度予以改进，才能获得好的性能。