1、节 能 2006年第9期一40一 ENERGY CONSERVATION (总第290期)简易太阳能热水杯的设计及节能分析任龙杰。魏民祥(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)摘要：介绍一种通过太阳能选择性吸收涂层将光能转化为热能的新型太阳能热水杯。分析了太阳能热水杯的太阳能加热能力和节能作用。关键词：太阳能；水杯；节能中图分类号：TB472文献标识码：A文章编号：10047948(2006)090040021引言太阳能的开发与利用已经成为一种趋势。考虑到太阳能分散而持久的特点，我们需要一种广泛和机动的利用方式。太阳能热水杯只需要在普通杯子的基础上稍作改进便可使用，尤其适合户外
2、工作人员使用。有望成为下一种利用太阳能的产品。2太阳能热水杯的设计太阳能的利用方式可以分为聚光式和非聚光式。由于水是透明介质，本身无法吸收聚光后的光点能量，除非用另外的吸能材料吸收光点能量，然后再将热量传递给水。这种方式势必受制于聚光质量，并且造成结构复杂、成本高昂，不适合日常饮水用的杯子。相比之下，不如直接利用吸能材料吸收太阳能。本文介绍的太阳能热水杯的主体结构与双层真空保温杯相似，即用两层透明的杯体材料构成中间的真空层。与普通保温杯不同的是：其内层材料外壁还附着有太阳能选择性吸收涂层，如图1所示。这种设计使太阳能热水杯结构紧凑、制造简便、成本杯体外层真空层吸能涂层杯体内层图1太阳能热水杯结
3、构低廉而加热效率高，可以满足人们日常饮水对水温要求，且符合使用习惯。3太阳能热水杯的太阳能加热性能试验为了验证太阳能加热水的可行性，做了对比试验。限于试验条件，以酚醛黑板漆代替了太阳能吸收能力强的选择性吸收涂层。这种涂料型涂层其吸收率一般在09以上，发射率在03以下H，特点是吸热快，散热也快。31有、无涂层的对比试验涂层位于内层玻璃内侧。试验用双层玻璃杯的参数为：高160Omm，直径65Omm。先期的试验证明杯子竖放和横放加热效果接近，因此采用通常状态下的竖放。试验结果见表1。表1太阳能热水杯有、无涂层加热性能试验注：试验地点：南京航空航天大学；试验时间：2005月11月23日；天气：晴，少云
4、，微风。32内、外侧涂层的对比试验试验用单层玻璃杯，参数为：高160Omm，直径70Omm。试验结果见表2。33试验结果总结由表1可知，虽然酚醛黑板漆的太阳能吸收率相对选择性吸收涂层较低而发射率相对较高，且试验环境存在微风，但是水温还是在半个小时内升高了近10。可见太阳能热水杯能够满足人们户外对饮用水水温的要求，并且加热速度理想。万方数据2006年第9期(总第290期)节 能ENERGY CONSERVATl0N由表2可知，涂层位于杯壁内侧与外侧对加热性能几乎没有影响，可以推出当涂层位于内壁外侧时也将得到相似的数据。值得一提的是，试验用的杯子是普通玻璃水杯，存在真空层的真空度不高、杯盖密封不良
5、等问题。此外，在太阳能吸收涂层的选取上，只使用了酚醛黑板漆，若使用选择性吸收涂层，如ALNAL选择性吸收涂层，其吸收率在095，发射率在007008(80)旧J，预计最高水温可以达到70以上。4太阳能热水杯的节能分析我国从事野外考察、旅游、部队作战、户外运动、农田劳作、工地施工等户外活动的人员众多，至少有3500万。假设他们能用上太阳能热水杯，就无需携带其他热源，从而减少装备和其他能源的使用。最乐观估算，全部从事户外活动的人员都使用太阳能热水杯，则与电加热相比，每年可节约的能量计算如下：Q=卵(1K2t(3NLPCT叩式中 72一年天数，取365；K】一平均一年中不宜直接喝凉水的天数所占比例，
6、取07；K2一平均一年中日照充分的天数所占比例，取06；K。一平均一天中白天喝热水量所占比例，取06；N一全国户外人员人数，取3500104；L一每日人均饮水量，取20Ld；p一水的密度，取lkgL；f一水的比热容，取4200J(kg)；T一平均水温升高度数，取95一15=8077一电加热的平均效率，取080。代人数据，得Q=2701015J。折合标准煤约9万吨。5结束语太阳能热水杯可以满足人们户外饮水对水温的要求，而且结构简单，成本低廉，使用简单，市场前景广阔，尤其适合冬天户外使用。参考文献1胡万里，李长友太阳能选择性吸收涂层J可再生能源，2005，(3)：44462蒋德源太阳能选择性吸收涂
7、层的近期发展J新能源，2000，22(6)：3944作者简介：任龙杰(1984一)，浙江宁波人，本科在读，车辆工程专业。(收稿日期：20060803)(上接第37页)N关灯图5主程序流程图到开灯要求则单片机发出控制指令，控制继电器动作，开灯。如果以上检测均未达到开灯要求则循环以上过程。开灯后对市电电压进行检测，若符合某个节电等级，则继电器在系统控制下动作，进入相应的节电等级。6结论本系统引入了模糊决策技术对降压等级进行控制，并且用软件编程实现了压控、时控与光控的综合控制，为传统的时控降压开辟了新途径。本系统已投入到实际运行当中，效果良好，达到了预期的目标。参考文献1李士勇工程模糊数学及应用M哈
8、尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20042马潮高档8位单片机ATmegal28原理与开发应用指南(上)M北京：北京航空航天大学出版社，2004作者简介：曾一凡(1955一)，男，辽宁辽阳人，硕士，副教授，从事通信技术、检测技术和仪表技术的教学和研究工作。(收稿日期：20060419；修回日期：20060621)一一一一。M娼一一一太一一一捌角一一一蚴一一一一一一一|一秽罴媳 雾百点一入纛万方数据简易太阳能热水杯的设计及节能分析作者： 任龙杰， 魏民祥作者单位： 南京航空航天大学能源与动力学院,江苏,南京,210016刊名： 节能英文刊名： ENERGY CONSERVATION年，卷(期)： 2006,25(9)被引用次数： 1次参考文献(2条)1.蒋德源 太阳能选择性吸收涂层的近期发展期刊论文-新能源 2000(06)2.胡万里;李长友 太阳能选择性吸收涂层期刊论文-可再生能源 2005(03)引证文献(1条)1.温建平.李会敏.曹永慧 节能饮水机的设计及节能分析期刊论文-节能 2007(11)本文链接：http:/
