熱損失

熱損失是指人體或建築物向外散失的熱量。人體的熱損失指從人體散發到周圍環境的熱量，其中有蒸發散熱、對流散熱、輻射散熱和少量的熱傳導。採暖建築的熱損失包括通過圍護結構傳導向室外的散熱、空氣滲透和通風帶走的熱量、地面傳熱、室內水分蒸發及蒸汽滲透帶走的潛熱等。

基本介紹

• 中文名：熱損失
• 外文名：heat loss
• 損失量：熱量
• 散失者：人體或建築物
• 方式：蒸發散熱、對流散熱

槽式太陽能真空集熱管的熱損失

建立了真空集熱管中吸收管與玻璃管之間熱輻射和殘餘氣體熱對流、玻璃管與外界環境之間熱對流和玻璃管 對天空熱輻射的數學模型，提出了模型的計算方法，並通過和實驗數據的比較驗證了模型的準確性。同時利用模型分析了幾種影響熱損失的主要因素，分析結果表明 ：吸收管溫度越高，熱損失越大；環境溫度越低，風速越大，熱損失越大，但影響很小；選擇性吸收塗層的發射率是 影響熱損失的主要因素；真空度對熱損失也有很大影響。

真空集熱管熱損失模型

真空集熱管要求儘可能多地吸收陽光，同時儘量減少對環境的熱損失。為達到此目的，真空集熱管通常由一根有選擇性吸收塗層的金屬管(吸收管)、同心玻璃管外套、金屬-玻璃密封連線組成。金屬吸收管和玻璃管間的環形空間被抽成真空，以阻止從吸收管到玻璃管間的熱對流和熱傳導；吸收管表面鍍有吸收率高、發射率較低的選擇性吸收塗層，從而減小了吸收管的輻射熱損失。

真空集熱管的基本參數

Schott 2008 PTR70的金屬管材料為321H不鏽鋼，內徑、外徑分別為0.066m、0.07m；玻璃管材料為硼矽酸玻璃，內徑、外徑分別為0.115m、0.12m，發射率和熱導率分別為0.89和1.1W (m·K)；選擇性吸收塗層的發射率隨溫度變化，關係式為ε_g=0.062 +(2 ×10^-7)Ta2b，溫度單位為℃。

熱損失模型和實驗結果的比較

美國國家可再生能源實驗室(NREL)近期對Schott2008 PTR70真空集熱管進行了熱性能測試。測試在NREL的熱損失測試平台上進行，測試溫度從100℃開始，每隔50℃設定一個測試點，到500℃時測試完成。將熱損失模型中的T_ab、T_a設定為實驗中各測點的測量值，通過疊代方法對集熱管的熱損失進行計算。

熱損失數學模型較為可靠。熱損失的模擬結果和實驗數據相比，略微低估了熱損失，但絕對誤差大部分在 ±7W^。m^-1 以內。僅當吸 收管溫度較高(501℃)時，絕對誤差達到-12.75W^。m^-1，相對誤差為-2.651%，考慮到高溫時較大的熱損失數值和較小的相對誤差，模擬結果可以接受。低溫(120℃)時，熱損失模擬結果和實驗數據的相對誤差達到-13.67 %，但120℃時，熱損失很小，僅為15W^。m^-1，且實驗中熱損失的測量不確定度達到±9W^。m ^-1，所以低溫時熱損失的實驗數據本身的準確度受到制約。雖然模擬結果和實驗數據的相對誤差較大，但實際上絕對誤差較小(-2.05W^。m^-1 )，在測量不確定度範圍內，故對模擬結果的準確度無太大影響。熱損失的模擬結果和實驗數據相比偏低的原因可能是忽略了端部膨脹節的熱損失。

由於NREL的熱損失實驗中沒有考慮室內風速，而風速對玻璃管的溫度有巨大影響，風速越大，吸收管溫度越高，玻璃管溫度降低幅度越大。在後續分析中將會指出，在真空度良好，風速1ms，吸收管溫度300℃時，玻璃管溫度將降低約10℃，但熱損失的變化非常小。故熱損失模型的模擬計算結果和實驗數據相比，玻璃管溫度偏高幅度較多，但熱損失曲線幾乎完全重合。同時，對流傳熱特徵數關聯式本身存在一定誤差，且一般工程計算中，實際熱邊界條件和對流傳熱特徵數關聯式的要求有一定差別，故熱損失模型中模擬的玻璃管溫度和實驗測量值相比通常存在一定的高估，尤其在高溫下誤差更大。但總體來說，模擬結果的準確度可以接受。

槽式太陽能真空集熱管的熱損失測量

真空集熱管是槽式太陽能熱發電系統聚光集熱器的關鍵部件，其熱損失的大小直接關係到系統的光-熱效率。通過對由6根真空集熱管組成的13m管道的熱損失分析，結果表明，在導熱油溫度105～313℃的範圍內，輻射散熱損失占總的熱損失的70%～90%；準靜態平衡法測得的熱損失較穩態平衡法測得的熱損失大，在高溫時 (290 ℃)測得的熱損失是穩態平衡法的1.18倍。

實驗系統和方法

測試真空集熱管的散熱損失有準靜態平衡法和穩態平衡法兩種方案。準靜態平衡法是將真空集熱管安裝在流體迴路中，保持真空集熱管的進、出口處流體溫度的穩定，以達到恆定不鏽鋼管的管壁溫度的目的，通過測量流體的進出口溫差和質量流速來計算散熱損失的大小。穩態平衡法是通過放置在真空集熱管的不鏽鋼管內的電阻加熱器加熱，以達到恆定不鏽鋼管的管壁溫度的目的，通過計算加熱器的電功率來計算散熱損失的大小。實驗採用準靜態平衡法測量真空集熱管的熱損失。

在實驗過程中，首先開啟主循環管道的閥門，開啟循環泵驅動導熱油在管內循環流動；開啟導熱油罐內的加熱系統，將膨脹罐內的導熱油溫度 (鎧裝熱電阻測量)穩定到略低於試驗需要的溫度；然後，調節自動控制閥，使流量計FM的顯示流量穩定到試驗設定的流量，同時開啟導熱油加熱器，使導熱油在真空集熱管進口處的溫度穩定到實驗需要的溫度；然後讓系統穩定循環 (至少穩定運行1h)，直到完成該階段的實驗。

實驗結果分析

真空集熱管的熱損失隨著導熱油的溫度的升高而迅速增大，玻璃外護管外表面的溫度隨著流體溫度的上升而快速上升，其對流散熱量也快速上升，從占總熱損失的7.38%上升到23.52%；由於不鏽鋼管和波紋管採取了保溫措施且長度很短，所以雖然其溫度升高很多但是對流散熱損失所占總熱損失的比例很小，占總熱損失的1.20%～5.94%；由此可知，輻射散熱損失占整個散熱損失的70%～90%。在導熱油溫度較低時，實際散熱損失較小，測量誤差影響較大，隨著導熱油溫度的逐漸提高，散熱量增加，誤差影響逐漸降低。

準靜態平衡法測得的熱損失較穩態平衡法測得的熱損失大，當導熱油與環境的溫差為83.3℃時，穩態平衡法測得的熱損失為15.38 W^。m^-1，準靜態平衡法測得的熱損失為26.11W^。m ^-1；當導熱油與環境的溫差為290.8℃時，穩態平衡法測得的熱損失為153.43 W^。m ^-1，準靜態平衡法測得的熱損失為181.54 W。m ^-1，是穩態平衡法的1.18倍。主要是由於：①穩態平衡法沒有考慮真空集熱管兩端的熱損失；②測量真空集熱管的吸熱管的內壁面的測溫元件的安裝位置很難保持一致，導致測溫誤差較大。

在相近溫差條件下的熱損失相差不大，PTR70真空集熱管在98℃時的熱損失為26.9W^。m ^-1，146.6℃時的熱損失為46.4 W^。m ^-1，295.2℃時的熱損失為148.85 W^。m ^-1，而實驗用真空集熱管的相近溫度條件下熱損失分別為31.79、53.29、181.54 W^。m ^-1，是PTR真空集熱管熱損失的1.2倍左右。