槽式真空热管集热器的火用效率分析与计算模型建立
槽式真空热管集热器的火用效率分析
火用是以环境为基准来衡量工质（气体、液体为主）做功能力的物理量。它通常可表示为
E = (H-H0)- T(S-S0) (5)
其中H0，S0 为环境状态下的焓和熵，因为实际过程都是不可逆过程，这就不可避免的造成过程中有用能的损失，分析火用参数的变化正是减少这种损失的有效途径。
假设真空管内管壁面温度为T1，环境温度为T0，集热介质的温度为Tg，输入集热器的热量火用Ein 为：
Ein = Qs(1- T0/T1) (6)
集热器的输出火用即为输出给水升温加热的火用Eout：
Eout = Qu(1- T0/Tg) (7)
因此，集热器的火用效率为
ηe = Eout/Ein= Qu(1- T0/Tg)/Qs(1- T1/T0) (8)
槽式真空热管集热器的性能计算模型建立
集热器基板采用不锈钢镜面板加工成型，反射率ρ，采光面积Ac=2m2。真空管长L=1.5 m，内孔直径Dr=0.04 m，外径De=0.058 m，选择性吸收涂层(Al- N/Al)的吸收率αr=93%、发射率εr=6%，热管为无氧铜管，蒸发段长Le=1.4 m、冷凝段长Le=0.1 m，管壳直径D=0.008 m。这里选取某一特定时间段进行分析，取周围环境温度ta=30℃，风速v=5 m/s，天空的温度t=25℃，真空管集热器的平均集热温度tr=200℃。
1.计算结果与分析
由于集热器的热效率受其自身材料的选择、结构的设计以及光照条件的影响很大，为了便于分析，了解集热器聚光比和光照对集热效率和火用效率的影响，本文采用热平衡法进行计算，以准确反映出各参数与效率之间的关系。
通过上述参数的代入和实验数据的引入，可得到集热效率与聚光比、火用效率与聚光比以及集热效率与集热流体（水或水蒸气）温差关系中光照强度、聚光比的影响。
通过计算可以发现，集热器热效率曲线趋势和火用效率曲线一致，在选取相同范围聚光比的条件下，都是先急剧增加，后趋于平缓，聚光比对其影响越来越小。可想而知，若聚光比继续增加下去，对两者的影响可认为是不存在了。同时也可发现，相同聚光比条件下，光照强度越大，所对应的集热效率和火用效率就越高。因而，选择合理的聚光比，发挥区域性光照资源优势，对于未来集热器结构的设计和改进具有一定的指导意义。随着集热流体（水或水蒸气）升温温差的增高，集热器的集热效率总体趋势都在降低。相同的温差条件下，光照强度或聚光比越大，曲线降低的趋势越缓慢，越趋于平坦。因而，在获得较高集热温度的同时，也会降低集热器本身的效率。
结论
通过上述计算分析得到如下结论：
（1）在一定聚光比范围内，集热器的集热效率和火用效率都随着聚光比的增加而增加，然后增加的幅度越来越小，最终趋于平缓；
（2） 在聚光比相对较低的情况下（100 以内），太阳光的光照强度越大，集热器的热效率和火用效率也越大。但随着聚光比的增加，光照强度对集热效率的影响越来越小，可以发现，若光照强度继续增加，集热效率反而可能减小；
（3） 采用真空管- 热管集热器，以导热介质填充真空管内管和热管之间的间隙，可很大程度上降低集热器的热损失；
（4）热源温度的提高，将以牺牲整个集热系统的热效率为代价。因而，在实际应用中，综合考虑集热效率和所需加热温升之间的关系是十分必要的。
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