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    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題研究

    2014-11-12 21:06:11劉紀(jì)廣
    科技與創(chuàng)新 2014年18期
    關(guān)鍵詞:相變材料供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

    劉紀(jì)廣

    摘 要:隨著我國(guó)建筑總量和建筑能耗的快速增長(zhǎng),傳統(tǒng)的供熱方式已難以滿足建筑供熱的需求,而利用太陽(yáng)能為建筑物供熱,則可獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效益。就太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究,以期能為太陽(yáng)能供熱技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

    關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;供熱系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì);相變材料

    中圖分類(lèi)號(hào):TU832.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-6835(2014)18-0043-02

    太陽(yáng)能供熱技術(shù)主要利用集熱器吸收太陽(yáng)能,然后通過(guò)傳熱工質(zhì)傳送給供熱系統(tǒng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供熱。太陽(yáng)能供熱技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于緩解當(dāng)前能源緊張的問(wèn)題,而且還能保護(hù)環(huán)境,但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。由于太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性,且熱能存儲(chǔ)技術(shù)尚未完善,極大地限制了對(duì)太陽(yáng)能的熱利用。在此情況下,如何提高太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率,已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此,對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    1 工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

    1.1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理

    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、蓄熱裝置和供熱末端裝置等構(gòu)成,主要分為能源供應(yīng)、能源存儲(chǔ)和能源利用三個(gè)環(huán)節(jié)(如圖1所示)。與傳統(tǒng)的供熱方式相比,太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)并不以常規(guī)能源作為主要熱源,而是利用集熱器收集太陽(yáng)輻射能,并將其轉(zhuǎn)化為熱量,再通過(guò)供熱末端裝置輸送給用戶,剩余的熱量則被存儲(chǔ)在蓄熱裝置中,以備不時(shí)之需。如果存儲(chǔ)的熱量難以滿足用戶的需要,輔助熱源就會(huì)發(fā)揮其作用,幫助完成供熱任務(wù)。

    1—太陽(yáng)能集熱器;2—相變蓄熱器;3—熱水箱;

    4—輔助加熱裝置;5—地盤(pán)管;6—循環(huán)水泵;7—控制器

    圖1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)構(gòu)成

    該系統(tǒng)的具體工作原理是:在太陽(yáng)能豐富的時(shí)段啟動(dòng)水泵,開(kāi)啟V1、V3、V5和V6閥門(mén)為建筑采暖,同時(shí)蓄熱;在太陽(yáng)能較弱的時(shí)段,關(guān)閉V1和V3閥門(mén),集熱器僅向用戶供熱;在夜晚或陰天,啟動(dòng)相變蓄熱裝置,開(kāi)啟V2、V4和V6閥門(mén),將蓄存的太陽(yáng)能供給用戶;當(dāng)相變蓄熱裝置的熱能不足時(shí),則需運(yùn)行輔助加熱裝置,開(kāi)啟V2和V4閥門(mén),為用戶提供熱量。

    1.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置兩部分。其中,太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括選型、定位、連接和確定面積四個(gè)環(huán)節(jié)。在選型前,應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行分類(lèi):按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為真空管式、平板式和空氣太陽(yáng)能集熱器;按照吸熱體材料劃分,真空管集熱器又分為金屬熱體真空管和全玻璃真空管。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的定位主要依據(jù)集熱器的安裝傾角和方位,以更好地接收太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能集熱器主要有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種連接方式,連接方式的選擇要根據(jù)具體情況判定。由于太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要滿足暖季的供熱需求,因此,集熱器面積的確定主要依據(jù)暖季的供熱負(fù)荷。蓄熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括選擇、裝置和運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié),相變材料有很多種類(lèi),其中,固-液相變材料具備高儲(chǔ)能密度、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用。相變材料一般要封存在容器里,構(gòu)成相變蓄熱裝置,該裝置可實(shí)現(xiàn)采暖、蓄熱和供熱等運(yùn)行模式。

    2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

    2.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的優(yōu)化

    集熱系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)考慮集熱器的最佳傾角和最優(yōu)面積。集熱器與水平面之間的夾角稱為最佳傾角。最佳傾角的確定,能使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在特定條件下收集最大量的太陽(yáng)輻射能,從而最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的集熱作用。最佳傾角主要受當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、太?yáng)輻射量、太陽(yáng)角和月份等因素的影響;集熱器的最優(yōu)面積會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果,最優(yōu)面積的確定需要認(rèn)真衡量集熱器面積與太陽(yáng)能保證率之間的關(guān)系,以計(jì)算供熱系統(tǒng)的壽命期凈收益。通常情況下,與采暖季最有利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較小,該情況出現(xiàn)的概率相對(duì)較大;與采暖季最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較大,而最不利工況下的部分負(fù)荷由輔助熱源承擔(dān)。因此,太陽(yáng)能集熱器的最優(yōu)面積要小于最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱面積。

    2.2 太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)化

    在集熱器的面積確定后,需確定蓄熱容量,這主要通過(guò)集熱器的集熱量和建筑物熱負(fù)荷的時(shí)間來(lái)確定。從建筑24 h的集熱量和熱負(fù)荷的變化中發(fā)現(xiàn),隨著室外溫度和日照強(qiáng)度的提高,集熱量會(huì)不斷增加,熱負(fù)荷則會(huì)不斷降低。蓄熱量的表達(dá)式為:

    . (1)

    式(1)中:Qx——系統(tǒng)需要的熱量;

    Qj(t)——集熱器d的集熱量;

    Qw(t)——建筑的熱負(fù)荷,kW。

    由于采暖季的日太陽(yáng)輻射量與室外溫度不一致,所以,建筑的日熱負(fù)荷與集熱量有差異,這也造成了蓄熱系統(tǒng)日蓄熱量的不同。通常情況下,采暖季初期和末期的太陽(yáng)輻射量較大,溫度較高,日蓄熱量也較大,根據(jù)日蓄熱量集中的區(qū)間,可以確定蓄熱量的容量,在此基礎(chǔ)上,還可計(jì)算出蓄熱裝貿(mào)填充的相變材料的質(zhì)量。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述,鑒于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性,將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、蓄熱裝置和輔助熱源有機(jī)地結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。通過(guò)分析太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì),我們認(rèn)為,因太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由多個(gè)部分組成,所以,需要合理配置各部分。因此,我們著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能集熱器的最佳傾角、最優(yōu)面積和蓄熱系統(tǒng)的容量,以使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

    摘 要:隨著我國(guó)建筑總量和建筑能耗的快速增長(zhǎng),傳統(tǒng)的供熱方式已難以滿足建筑供熱的需求,而利用太陽(yáng)能為建筑物供熱,則可獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效益。就太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究,以期能為太陽(yáng)能供熱技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

    關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;供熱系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì);相變材料

    中圖分類(lèi)號(hào):TU832.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-6835(2014)18-0043-02

    太陽(yáng)能供熱技術(shù)主要利用集熱器吸收太陽(yáng)能,然后通過(guò)傳熱工質(zhì)傳送給供熱系統(tǒng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供熱。太陽(yáng)能供熱技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于緩解當(dāng)前能源緊張的問(wèn)題,而且還能保護(hù)環(huán)境,但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。由于太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性,且熱能存儲(chǔ)技術(shù)尚未完善,極大地限制了對(duì)太陽(yáng)能的熱利用。在此情況下,如何提高太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率,已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此,對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    1 工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

    1.1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理

    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、蓄熱裝置和供熱末端裝置等構(gòu)成,主要分為能源供應(yīng)、能源存儲(chǔ)和能源利用三個(gè)環(huán)節(jié)(如圖1所示)。與傳統(tǒng)的供熱方式相比,太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)并不以常規(guī)能源作為主要熱源,而是利用集熱器收集太陽(yáng)輻射能,并將其轉(zhuǎn)化為熱量,再通過(guò)供熱末端裝置輸送給用戶,剩余的熱量則被存儲(chǔ)在蓄熱裝置中,以備不時(shí)之需。如果存儲(chǔ)的熱量難以滿足用戶的需要,輔助熱源就會(huì)發(fā)揮其作用,幫助完成供熱任務(wù)。

    1—太陽(yáng)能集熱器;2—相變蓄熱器;3—熱水箱;

    4—輔助加熱裝置;5—地盤(pán)管;6—循環(huán)水泵;7—控制器

    圖1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)構(gòu)成

    該系統(tǒng)的具體工作原理是:在太陽(yáng)能豐富的時(shí)段啟動(dòng)水泵,開(kāi)啟V1、V3、V5和V6閥門(mén)為建筑采暖,同時(shí)蓄熱;在太陽(yáng)能較弱的時(shí)段,關(guān)閉V1和V3閥門(mén),集熱器僅向用戶供熱;在夜晚或陰天,啟動(dòng)相變蓄熱裝置,開(kāi)啟V2、V4和V6閥門(mén),將蓄存的太陽(yáng)能供給用戶;當(dāng)相變蓄熱裝置的熱能不足時(shí),則需運(yùn)行輔助加熱裝置,開(kāi)啟V2和V4閥門(mén),為用戶提供熱量。

    1.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置兩部分。其中,太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括選型、定位、連接和確定面積四個(gè)環(huán)節(jié)。在選型前,應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行分類(lèi):按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為真空管式、平板式和空氣太陽(yáng)能集熱器;按照吸熱體材料劃分,真空管集熱器又分為金屬熱體真空管和全玻璃真空管。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的定位主要依據(jù)集熱器的安裝傾角和方位,以更好地接收太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能集熱器主要有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種連接方式,連接方式的選擇要根據(jù)具體情況判定。由于太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要滿足暖季的供熱需求,因此,集熱器面積的確定主要依據(jù)暖季的供熱負(fù)荷。蓄熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括選擇、裝置和運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié),相變材料有很多種類(lèi),其中,固-液相變材料具備高儲(chǔ)能密度、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用。相變材料一般要封存在容器里,構(gòu)成相變蓄熱裝置,該裝置可實(shí)現(xiàn)采暖、蓄熱和供熱等運(yùn)行模式。

    2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

    2.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的優(yōu)化

    集熱系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)考慮集熱器的最佳傾角和最優(yōu)面積。集熱器與水平面之間的夾角稱為最佳傾角。最佳傾角的確定,能使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在特定條件下收集最大量的太陽(yáng)輻射能,從而最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的集熱作用。最佳傾角主要受當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、太?yáng)輻射量、太陽(yáng)角和月份等因素的影響;集熱器的最優(yōu)面積會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果,最優(yōu)面積的確定需要認(rèn)真衡量集熱器面積與太陽(yáng)能保證率之間的關(guān)系,以計(jì)算供熱系統(tǒng)的壽命期凈收益。通常情況下,與采暖季最有利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較小,該情況出現(xiàn)的概率相對(duì)較大;與采暖季最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較大,而最不利工況下的部分負(fù)荷由輔助熱源承擔(dān)。因此,太陽(yáng)能集熱器的最優(yōu)面積要小于最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱面積。

    2.2 太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)化

    在集熱器的面積確定后,需確定蓄熱容量,這主要通過(guò)集熱器的集熱量和建筑物熱負(fù)荷的時(shí)間來(lái)確定。從建筑24 h的集熱量和熱負(fù)荷的變化中發(fā)現(xiàn),隨著室外溫度和日照強(qiáng)度的提高,集熱量會(huì)不斷增加,熱負(fù)荷則會(huì)不斷降低。蓄熱量的表達(dá)式為:

    . (1)

    式(1)中:Qx——系統(tǒng)需要的熱量;

    Qj(t)——集熱器d的集熱量;

    Qw(t)——建筑的熱負(fù)荷,kW。

    由于采暖季的日太陽(yáng)輻射量與室外溫度不一致,所以,建筑的日熱負(fù)荷與集熱量有差異,這也造成了蓄熱系統(tǒng)日蓄熱量的不同。通常情況下,采暖季初期和末期的太陽(yáng)輻射量較大,溫度較高,日蓄熱量也較大,根據(jù)日蓄熱量集中的區(qū)間,可以確定蓄熱量的容量,在此基礎(chǔ)上,還可計(jì)算出蓄熱裝貿(mào)填充的相變材料的質(zhì)量。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述,鑒于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性,將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、蓄熱裝置和輔助熱源有機(jī)地結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。通過(guò)分析太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì),我們認(rèn)為,因太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由多個(gè)部分組成,所以,需要合理配置各部分。因此,我們著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能集熱器的最佳傾角、最優(yōu)面積和蓄熱系統(tǒng)的容量,以使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

    摘 要:隨著我國(guó)建筑總量和建筑能耗的快速增長(zhǎng),傳統(tǒng)的供熱方式已難以滿足建筑供熱的需求,而利用太陽(yáng)能為建筑物供熱,則可獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效益。就太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究,以期能為太陽(yáng)能供熱技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

    關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;供熱系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì);相變材料

    中圖分類(lèi)號(hào):TU832.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-6835(2014)18-0043-02

    太陽(yáng)能供熱技術(shù)主要利用集熱器吸收太陽(yáng)能,然后通過(guò)傳熱工質(zhì)傳送給供熱系統(tǒng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供熱。太陽(yáng)能供熱技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于緩解當(dāng)前能源緊張的問(wèn)題,而且還能保護(hù)環(huán)境,但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。由于太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性,且熱能存儲(chǔ)技術(shù)尚未完善,極大地限制了對(duì)太陽(yáng)能的熱利用。在此情況下,如何提高太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率,已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此,對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    1 工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

    1.1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理

    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、蓄熱裝置和供熱末端裝置等構(gòu)成,主要分為能源供應(yīng)、能源存儲(chǔ)和能源利用三個(gè)環(huán)節(jié)(如圖1所示)。與傳統(tǒng)的供熱方式相比,太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)并不以常規(guī)能源作為主要熱源,而是利用集熱器收集太陽(yáng)輻射能,并將其轉(zhuǎn)化為熱量,再通過(guò)供熱末端裝置輸送給用戶,剩余的熱量則被存儲(chǔ)在蓄熱裝置中,以備不時(shí)之需。如果存儲(chǔ)的熱量難以滿足用戶的需要,輔助熱源就會(huì)發(fā)揮其作用,幫助完成供熱任務(wù)。

    1—太陽(yáng)能集熱器;2—相變蓄熱器;3—熱水箱;

    4—輔助加熱裝置;5—地盤(pán)管;6—循環(huán)水泵;7—控制器

    圖1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)構(gòu)成

    該系統(tǒng)的具體工作原理是:在太陽(yáng)能豐富的時(shí)段啟動(dòng)水泵,開(kāi)啟V1、V3、V5和V6閥門(mén)為建筑采暖,同時(shí)蓄熱;在太陽(yáng)能較弱的時(shí)段,關(guān)閉V1和V3閥門(mén),集熱器僅向用戶供熱;在夜晚或陰天,啟動(dòng)相變蓄熱裝置,開(kāi)啟V2、V4和V6閥門(mén),將蓄存的太陽(yáng)能供給用戶;當(dāng)相變蓄熱裝置的熱能不足時(shí),則需運(yùn)行輔助加熱裝置,開(kāi)啟V2和V4閥門(mén),為用戶提供熱量。

    1.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置兩部分。其中,太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括選型、定位、連接和確定面積四個(gè)環(huán)節(jié)。在選型前,應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行分類(lèi):按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為真空管式、平板式和空氣太陽(yáng)能集熱器;按照吸熱體材料劃分,真空管集熱器又分為金屬熱體真空管和全玻璃真空管。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的定位主要依據(jù)集熱器的安裝傾角和方位,以更好地接收太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能集熱器主要有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種連接方式,連接方式的選擇要根據(jù)具體情況判定。由于太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要滿足暖季的供熱需求,因此,集熱器面積的確定主要依據(jù)暖季的供熱負(fù)荷。蓄熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括選擇、裝置和運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié),相變材料有很多種類(lèi),其中,固-液相變材料具備高儲(chǔ)能密度、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用。相變材料一般要封存在容器里,構(gòu)成相變蓄熱裝置,該裝置可實(shí)現(xiàn)采暖、蓄熱和供熱等運(yùn)行模式。

    2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

    2.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的優(yōu)化

    集熱系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)考慮集熱器的最佳傾角和最優(yōu)面積。集熱器與水平面之間的夾角稱為最佳傾角。最佳傾角的確定,能使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在特定條件下收集最大量的太陽(yáng)輻射能,從而最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的集熱作用。最佳傾角主要受當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥取⑻?yáng)輻射量、太陽(yáng)角和月份等因素的影響;集熱器的最優(yōu)面積會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果,最優(yōu)面積的確定需要認(rèn)真衡量集熱器面積與太陽(yáng)能保證率之間的關(guān)系,以計(jì)算供熱系統(tǒng)的壽命期凈收益。通常情況下,與采暖季最有利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較小,該情況出現(xiàn)的概率相對(duì)較大;與采暖季最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較大,而最不利工況下的部分負(fù)荷由輔助熱源承擔(dān)。因此,太陽(yáng)能集熱器的最優(yōu)面積要小于最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱面積。

    2.2 太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)化

    在集熱器的面積確定后,需確定蓄熱容量,這主要通過(guò)集熱器的集熱量和建筑物熱負(fù)荷的時(shí)間來(lái)確定。從建筑24 h的集熱量和熱負(fù)荷的變化中發(fā)現(xiàn),隨著室外溫度和日照強(qiáng)度的提高,集熱量會(huì)不斷增加,熱負(fù)荷則會(huì)不斷降低。蓄熱量的表達(dá)式為:

    . (1)

    式(1)中:Qx——系統(tǒng)需要的熱量;

    Qj(t)——集熱器d的集熱量;

    Qw(t)——建筑的熱負(fù)荷,kW。

    由于采暖季的日太陽(yáng)輻射量與室外溫度不一致,所以,建筑的日熱負(fù)荷與集熱量有差異,這也造成了蓄熱系統(tǒng)日蓄熱量的不同。通常情況下,采暖季初期和末期的太陽(yáng)輻射量較大,溫度較高,日蓄熱量也較大,根據(jù)日蓄熱量集中的區(qū)間,可以確定蓄熱量的容量,在此基礎(chǔ)上,還可計(jì)算出蓄熱裝貿(mào)填充的相變材料的質(zhì)量。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述,鑒于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性,將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、蓄熱裝置和輔助熱源有機(jī)地結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。通過(guò)分析太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì),我們認(rèn)為,因太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由多個(gè)部分組成,所以,需要合理配置各部分。因此,我們著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能集熱器的最佳傾角、最優(yōu)面積和蓄熱系統(tǒng)的容量,以使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

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