平面反射器：太阳能热水器有效集热优化方案

外部平面反射器是一个置于集热器系统中但在密封外壳之外的镜子，用于将外加的太阳辐射反射到采光口上，如图3.7所示。

图3.7 平面镜增强型平板集热器

反射器通过扩大其可接收太阳辐射的入射角来增加有效集热面积，并且在一体被动式太阳能热水器中作为可移动的夜间隔热材料（Baer，1975）。1911年首次报道了通过使用外部平面反射器来提升系统性能的案例。Shuman开发了平板/反射器组件驱动的水泵系统（Larson，1980）。通过性能估计，一些研究者获得了集热器/反射器不同组合的瞬时和整体光学性能（McDaniels等，1975；Baker等，1978；Grassie和Sheridan，1977；Wijeysundera，1978），而且也对垂直和水平朝向系统进行了优化研究（McDaniels等，1975；Seitel，1975；Kaehn等，1978）。另外，有研究者对镜面反射、漫反射和镜面/漫反射组合的不同反射面进行了理论计算和实验测试（Grimmer等，1978）。这些实验研究表明，反射器/平板集热器组合的系统性能与未增强的集热器相比有很大的提升（McDaniels等，1975；Williams和Craig，1976；Grassie和Sheridan，1977；Weinstein等，1977；Kaehn等，1978）。

图3.8比较了一体被动式太阳能热水器平面反射器的4种设计在北纬30°～45°之间的使用情况。对盖板/反射器组合形式A～C与参照设计分别进行了比较，参照设计的形式为不带反射器的简单倾斜盖板采光口。

(www.xing528.com)

图3.8 盖板和平面反射器的几何形状，显示了盖板倾角和表面方位角

图3.9显示北纬30°处全年各月反射器与采光口盖板之间的最佳角度。图3.10显示不同的设计在北纬30°时通过盖板的总能量。月度调整设计A的反射器每日可比参照设计多收集约27%的总能量；但是如果反射器固定在全年最佳位置，每日收集的总能量仅高出16%。相比于不加反射器的设计C，月度调整设计C的反射器会增加70%的能量收集，而使用固定在全年最佳位置的反射器会增加50%的能量收集；但相比参照设计，设计C的性能没有明显提升。设计B相比参照设计，性能上基本没有改进。

图3.9 最佳平面反射器/盖板角度

图3.11显示了在图3.10中给出的性能改进，将反射器的长度增大到盖板长度的2.5倍以上并不会带来更多的性能提升。