关于选择性吸收薄膜增强太阳能热水器性能的研究

关于选择性吸收薄膜增强太阳能热水器性能的研究

袁慧

玉溪市质量技术监督综合检测中心???????653100

摘要：在环境问题日益加剧的今天，人们对节能环保给予了一定的重视，太阳能热水器就是在此基础上而发展起来的节能器具，不仅能够为人们日常生活提供有效的热水供应，还能在很大程度上降低能源消耗，利用太阳能来代替不可再生能源。在不断发展的过程中，太阳能热水器的性能有了很大的提升，多种先进设计理念被应用到太阳能热水器的性能改进上。文中就针对选择性吸收薄膜对平板太阳能热水器性能的影响展开研究，希望可以有效提升太阳能热水器的自身性能。

关键词：选择性吸收薄膜；平板太阳能热水器；性能研究

由于我国能源问题较为明显，已经成为制约社会经济发展的主要原因之一，我国对于社会各类生产活动提出了节能减排的要求，太阳能作为自然资源的一种，对其进行有效应用可以有效改善现阶段存在的能源短缺问题。现阶段，最为典型的代表就是太阳能在平板太阳能热水器中的应用，在实际工程中表现出很好的适用性和功能性，已经成为最受欢迎的热水器设备之一。选择性吸收薄膜作为其中的核心部件，在平板太阳能热水器中的应用可以有效提升其应用性能。

一、选择性吸收膜的基本原理

物理学科中认为，热量的传递方式可以分为导热、对流和热辐射三种传递方式，我们平时所采用的太阳能器械中，利用的主要原理就是通过热辐射的方式来获得热量，再通过相应的设备将其转换为动能，进而实现对太阳能的有效应用。太阳所产生的热能也是通过热辐射的传递方式被传递到地球上的。辐射传递的主要原理为，将热量从某一物体投射到另一个物体的过程中，在此期间被传递的热量会发生吸收、反射反应，在特定的条件下还会存在透射反应。为了研究选择性吸收膜的原理，我们将α作为吸收能量和辐射能量的比，β作为反射能量和辐射能量的比，τ作为透射能量和辐射能量的比，我们可以得出这样的公式α+β+τ=1。

在温度相同的条件下，物体的发射率和相同温度下波长的辐射吸收率相同，同时，在所有表面的单色吸收率和发射率均呈现出相同的特征。由上述现象可以推测出，当物流温度不同时，所产生的波长相同，但是吸收比和发射率之间会表现出明显的差异。而在温度相同，波长不同的情况下所产生的吸收比和发射率也不同。在太阳能热水器中所使用的选择性吸收薄膜就是应用这一原理，对热水器的自身性能进行改进。相关数据显示，太阳的热能在传递的过程中，辐射波长的范围在0.3μm-2.5μm，而物体所能吸收的波长范围在5μm-50μm。选择性吸收薄膜在运行的过程中就充分利用了这一原理，对太阳辐射的波长进行有效吸收与利用。

二、材料选择与吸收机理

辐射吸收的主要原理为太阳的热能在传递的过程中经过物体，其中部分频率辐射在经过物体时形成新的物质粒子，对辐射的热能进行选择性的吸收，进而造成辐射热能降低的现象，我们将热能传递过程中所发生的这一系列现象称之为辐射吸收。在进行热能吸收的过程就是，物质粒子在向高能级转变的过程，而选择性吸收的辐射能量可以在吸收的过程中形成更高级的跃进，确保能量的进一步吸收，确保热能应用的效率。

在表1中我们列出了多个金属、氧化物以及硫化物在发生辐射吸收反应时所产生的跃进值，在对各类物质的能级跃迁值进行分析之后可以得出，对于金属、金属氧化物以及金属硫化物来说，因其自身具有较强的电子跃迁值，为此可以作为太阳能设备生产的主要原料。通过这些物质的有效供应，可以实现多种选择性吸收薄膜，为更多的热水器设备提供材料保障。

三、平板太阳能集热器的热损

为了研究选择性吸收薄膜对太阳能热水器性能的影响作用，我们针对平板太阳能的集热板以及核心构件的运行原理进行分析。就平板式太阳能热水器来说，在实际运行的过程中是依靠集热板芯的加热功能，并且使加热过后的水源在管道中循环来起到加入水箱的作用。被加热的水源在管道内进行循环的过程中必定会造成一定的热损现象，对于水箱来说，因其被置于热水器内部，很少受到外界因素的影响而产生热量流失的现象。为此，对于水箱的热损现象可以不计入热损计算中。而集热器在运行的过程中，所产生的热损现象却是不可忽视的。在对集热板的热损现象进行分析时，我们可以将其分成三个部分，顶部热损qt、侧壁热损qe和底部热损qb三种。这里的顶部热损现象产生的原因是由于运行的过程中吸热板在辐射的作用下会产生一定量的热量损失，同时对于设置的透明盖在进行热流交换时会产生一定量的热量损失。而侧壁热损和底部热损则均是由于外界传导的过程中所引发的热损现象。具体热损现象如图1所示：

图210℃环境下运行8h的升温曲线图

从图2中可以看出，发射率相差10％的A、B板和C、D板之间的升温速度的差距明显小于吸收率相差10％的B、C板，并且经过对比数据，8h后A板对应的水温高于B板2.58℃，C板要高于Ｄ板2.27℃，而Ｂ板要高出C板5.22℃，Ｄ板比Ｅ板要高出5.07℃。说明对于选择性吸收薄膜吸收太阳辐射进行热传递来说，吸收率的作用更加明显，所以对于升温速度要求较高的太阳能热利用系统，提高其选择性吸收薄膜的吸收率α应该优先考虑。

参考文献：

[1]杨娟.基底微结构对太阳能选择性吸收薄膜性能的研究[D].江苏大学,2013;

[2]万倩,程旭东,王辉,等.NiO—Al2O3太阳能选择性吸收薄膜的制备与性能研究[J].表面技术,2011,40(2):000047-82.