外文翻譯---改造在寒冷氣候下單戶家庭房屋的太陽能熱水器的生活熱水的分析

1、<p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄A 外文資料</b></p><p>　　Retrofitting Domestic Hot Water Heaters for Solar Water Heating Systems in Single-Family Houses in a Cold Climat

2、e:A Theoretical Analysis</p><p>　　Abstract: One of the biggest obstacles to economic profitability of solar water heating systems is the investment cost. Retrofitting existing domestic hot water heaters when

3、 a new solar hot water system is installed can reduce both the installation and material costs. In this study, retrofitting existing water heaters for solar water heating systems in Swedish single-family houses was theor

4、etically investigated using the TRNSYS software. Simulation models using forced circulation flow with diffe</p><p>　　Keywords: solar thermal storage tank water heater retrofit domes</p><p>　

5、　1. Introduction</p><p>　　One of the biggest obstacles to the economic profitability of domestic solar water heating (SWH) systems is the investment cost . The installation cost of forced circulation systems

6、 used in cold climates can represent up to 50% of the total investment cost depending on the size and type of system . Also, the solar storage is one of the most expensive components in a solar water heating system . Ret

7、rofitting existing domestic water heaters when new SWH systems are installed can reduce the total i</p><p>　　Cruickshank and Harrison, in 2004 and 2006 , investigated this type of thermosyphon systems in the

8、 Canadian cold climate. In 2011 , the same authors studied the performance of series and parallel connected thermosyphon storages. Thermosyphon systems became popular in several parts of the world such as Eastern Asia an

9、d Australia, mainly due to their simplicity and reliability . The thermosyphon driving force depends on the pressure difference and frictional losses between the heat exchanger side-</p><p>　　Fewer studies a

10、re focused on forced circulation systems specially designed for cold regions. Wongsuwan and Kumar concluded that TRNSYS software predicts accurately the performance of forced circulation systems. Buckles and Klein used T

11、RNSYS software to theoretically investigate different system configurations, and concluded that heat exchangers, with the same capacity, have similar performance whether placed inside or outside the storage. In 2009, Hob

12、bi and Siddiqui used TRNSYS to theoretically </p><p>　　Retrofitting solar domestic hot water systems today commonly consists on series connecting the existing system with a new solar storage upstream and usi

13、ng the existing hot water boiler as a backup heater . Some retrofitted systems make use of thermosyphoning and are therefore dependent on a new well performing storage for that purpose . Existing installations are often

14、oversized in volume since large design loads have been used before and because domestic hot water consumption has been decreasin</p><p>　　In this research, retrofitting of conventional domestic water heaters

15、 using forced circulation SWH systems for single-family houses in the Swedish climate was theoretically investigated. This was carried out by means of two pumps, one in the tank loop and the other in the solar collector

16、loop with a heat exchanger in between. Four different system configurations were simulated in TRNSYS software and compared based on the annual solar fraction. Since forced circulation is used, almost any kind of</p>

17、;<p>　　To theoretically investigate different system configurations and control strategies in retrofitting conventional domestic water heaters for SWH systems in single-family houses in the Swedish climate.</p&

18、gt;<p>　　To compare the performance of the retrofitted systems with the performance of a standard solar thermal system for the same reference conditions.</p><p>　　This study provides necessary informa

19、tion to further investigate such systems in practice. It is then necessary to validate the theoretical models and carry out a life cycle cost assessment to compare the different systems. Such assessment is based on many

20、factors that vary from country to country and can lead to different conclusions. Outside cold regions free from freezing, an anti-freeze solution and an external heat exchanger are not required. This will alter the syste

21、m configuration, its pe</p><p>　　2. Methodology</p><p>　　Different system configurations were analysed using TRNSYS software in order to determine the annual solar fraction. Firstly, the charact

22、eristics of existing domestic water tanks in Sweden were determined. Secondly, a domestic hot water load profile representative of Swedish single-family houses was created. Lastly, the energy model of each system configu

23、ration and sensitivity analysis was described.</p><p>　　2.1. Existing Domestic Hot Water Heaters in Swedish Single-Family Houses</p><p>　　The main boundary of this investigation was to retrofit

24、 the most common type of existing domestic hot water heaters in single family houses in Sweden. To the best of our knowledge, there is no official data concerning the most common tank size in such houses. According to th

25、e Swedish domestic water heater manufacturers, installers and researchers in the field, the most common Swedish single-family house tank size is 200–300 litres, depending on the family size. The trend is that higher load

26、s cor</p><p>　　2.2. Domestic Hot Water Load in Swedish Single-Family Houses</p><p>　　A profile of the domestic hot water load consumption in Swedish single-family houses was created. The profile

27、 consists of seven different draw-offs during the day . This represents a simplification of the hourly profile described by Widén et al. but scaled to the latest data on the Swedish average hot water consumption of

28、42 litres per person per day measured in 44 single-family houses . A sensitivity analysis showed that using a more detailed draw-off profile would have a low impact on the re</p><p>　　From:Energies 2012,5,

29、40110-4231</p><p>　　改造在寒冷氣候下單戶家庭房屋的太陽能熱水器的生活熱水的分析</p><p>　　摘要：投資成本是太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益的最大障礙之一。改造現(xiàn)有的國內(nèi)熱水器比一個新的太陽能熱水系統(tǒng)的安裝，要減少安裝及材料費(fèi)用。在這項研究中使用TRNSYS(Transient System SimulationProgram即瞬時系統(tǒng)模擬程序)軟件對瑞典單戶家庭住宅

30、太陽能熱水系統(tǒng)的改造進(jìn)行理論上研究。使用不同的系統(tǒng)配置和控制策略的強(qiáng)制循環(huán)流動的仿真模型，模擬和分析研究。在一個標(biāo)準(zhǔn)比較年太陽能保證率上，還介紹了太陽能光熱系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，加裝配置實現(xiàn)最高性能的太陽能由太陽集熱和一個系統(tǒng)組成，這個系統(tǒng)中現(xiàn)有的罐被用作存儲，較小的罐用加熱器串聯(lián)的加入，以確保所需的出口溫度可以得到滿足。外部熱交換器之間的集電極電路使用現(xiàn)有的罐。對于這個改造的系統(tǒng)每年的太陽能保證率達(dá)到50.5％。傳統(tǒng)的太陽能光熱系統(tǒng)使用

31、標(biāo)準(zhǔn)的太陽能水箱，相同的總存儲量足以達(dá)到相當(dāng)?shù)男阅?、集熱面積和參考條件。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能光熱 儲罐 熱水器 改造 圓頂</p><p><b>　　1、介 紹</b></p><p>　　家用太陽能熱水系統(tǒng)(太陽能熱水器)經(jīng)濟(jì)效益的最大障礙之一是投資成本。強(qiáng)制循環(huán)在寒冷氣候條件下使用的太陽能系統(tǒng)的安裝成本多取決于系

32、統(tǒng)大小和類型投資成本的50％。此外，太陽能的存儲是太陽能熱水系統(tǒng)的最昂貴的組件之一。改造現(xiàn)有的家用熱水器，安裝新的太陽能熱水系統(tǒng)的安裝及材料費(fèi)用的降低，可以降低總投資成本。在瑞典，有幾萬電加熱的單家獨戶的房子使用傳統(tǒng)的熱水器生產(chǎn)生活熱水。要進(jìn)行這樣的改造需要考慮的冷瑞典氣候。在這些地區(qū)的太陽能儲存放置在室內(nèi)，集熱器內(nèi)的電路運(yùn)行有防凍保護(hù)介質(zhì)。由于現(xiàn)有的熱水器不設(shè)置一個熱交換器，所以要使用一個額外的熱交換器。主要有兩種類型的系統(tǒng)之外的存儲

33、與外置式換熱器設(shè)計：熱管和強(qiáng)制對流循環(huán)。</p><p>　　在2004和2006年，Cruickshank和Harrison,在加拿大寒冷的氣候?qū)嶒炦@種類型的熱管系統(tǒng)。在2011年，同樣研究了串聯(lián)和并聯(lián)連接的熱管儲存的性能。其中熱虹吸系統(tǒng)流行在幾個世界各地，如東亞和澳大利亞，原因是其有簡單性和可靠性。熱虹吸驅(qū)動力取決于熱交換器側(cè)臂和罐之間的壓力差和摩擦損失。因此，所產(chǎn)生的流量將是一個復(fù)雜的罐子充能狀態(tài)。熱交換器

34、和管道的溫度分布是沿著熱交換器的頂部和罐子頂部的中的壓力降(以及管道和連接)。這種熱交換依賴于熱交換器的壓力降和罐子特性限制如何改造進(jìn)行，其中應(yīng)放置可用于熱交換的儲罐。此外，如果設(shè)計得當(dāng)，強(qiáng)制循環(huán)的系統(tǒng)可以比自然對流驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)更高的性能。這主要是解釋在一個低能量驅(qū)動余弦下能量轉(zhuǎn)移率的增加。例如，一個40瓦的泵可產(chǎn)生驅(qū)動力高于通過自然對流實現(xiàn)的一個系統(tǒng)的45倍以上。此外，以較低的成本，使用一個低能量泵。但是強(qiáng)制循環(huán)式系統(tǒng)的缺點是一個更高

35、的復(fù)雜程度，以及要通過電力來運(yùn)行的水泵和控制。</p><p>　　集中在專為寒冷地區(qū)的強(qiáng)制循環(huán)的系統(tǒng)研究較少。 wongsuwan和Kumar以TRNSYS軟件的結(jié)論預(yù)測準(zhǔn)確強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)的性能。Buckles和Klein用TRNSYS軟件，從理論上探討不同的系統(tǒng)配置，并得出結(jié)論，相同容量的換熱器無論是置于內(nèi)部或外部的存儲具有類似的表現(xiàn)，在2009年，Hobbi和Siddiqui使用TRNSYS從理論上優(yōu)化設(shè)計了

36、在寒冷的氣候條件下的強(qiáng)制循環(huán)熱水系統(tǒng)。在其他研究中，每年的太陽能被用作設(shè)計參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。特別感興趣的是研究改造現(xiàn)有的熱水器在單一家庭住宅太陽能熱水器應(yīng)用在寒冷的地區(qū)存在一個缺乏。</p><p>　　今天加裝太陽能生活熱水系統(tǒng)通常是在一系列連接現(xiàn)有系統(tǒng)的上游加裝一個新的太陽能儲存并使用現(xiàn)有的熱水鍋爐作為備用加熱器。某些改型系統(tǒng)利用rmosyphoning(熱虹吸)，因此，依賴于新的管道為該目的而進(jìn)行存儲。由于生活

37、熱水的消費(fèi)量一直呈下降趨勢，而現(xiàn)有設(shè)備往往體積過大，并且有大負(fù)荷負(fù)載。結(jié)合低等級絕緣水平，如超過限度會導(dǎo)致大系統(tǒng)的熱損失。當(dāng)太陽能水溫低于備份溫度時，使用現(xiàn)有的存儲器作為太陽能熱水貯存那么在系統(tǒng)中的熱損失會減少。在知道現(xiàn)有鍋爐是接近其壽命的末尾時，它仍然是可以利用的，以利于改變現(xiàn)有的存儲。</p><p>　　在本研究中，對在瑞典氣候的單家庭住宅傳統(tǒng)的家用熱水器采用強(qiáng)制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)的的改造進(jìn)行了理論研究。這

38、個系統(tǒng)由兩個泵組成，一個在罐回路和其他的太陽能集熱器的熱交換器之間的回路中的裝置進(jìn)行。4個不同的系統(tǒng)配置在TRNSYS軟件進(jìn)行了模擬并和比較年下的年太陽能保證率相比。由于強(qiáng)制循環(huán)使用，幾乎任何種類的儲存罐可以加裝一個新的太陽能光熱系統(tǒng)。另外，一定程度的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)的復(fù)雜性，可以減少這樣的改型。為了更好地理解貢獻(xiàn)的領(lǐng)域的研究，并增加在紙張的可讀性，這項研究的主要目標(biāo)是按如下：</p><p>　　從理論上探討在改造

39、傳統(tǒng)的家用熱水器，太陽能熱水系統(tǒng)在瑞典氣候單身家庭的房子的不同的系統(tǒng)配置和控制策略。</p><p>　　要在相同的參考條件下與一個標(biāo)準(zhǔn)的太陽能熱系統(tǒng)的性能的的改型系統(tǒng)的性能相比較。</p><p>　　這項研究提供了必要的信息，這樣的系統(tǒng)在實踐中要進(jìn)一步調(diào)查。因此，有必要驗證了理論模型和使用周期成本進(jìn)行評估，以比較不同的系統(tǒng)。這種評估是基于很多不同的因素，從國家到國家，并且會導(dǎo)致不同的結(jié)

40、論。在寒冷地區(qū)以外不受凍結(jié)，防凍溶液和一個外部熱交換器不是必需的。這將改變系統(tǒng)配置以及其性能和最終成本。其他可變因素是輔助能源的成本，以及系統(tǒng)生命周期中預(yù)測的趨勢，所需設(shè)備的投資成本，安裝成本，維護(hù)成本，運(yùn)營成本，重置成本，補(bǔ)貼，稅收的最終貸款，通貨膨脹，選擇折扣率和殘留在系統(tǒng)的使用周期結(jié)束時的剩余價值。此外，把所有改裝部件整合成一個附加的單位用以降低成本但是在工業(yè)生產(chǎn)上是難以量化生產(chǎn)的。另外，所占用的空間引入的額外加裝材料如泵、控制器

41、和熱交換器，這些是一個不同的值的系統(tǒng)，這個值由消費(fèi)者之間的定性比較的參數(shù)決定。這些評估在這項工作的范圍之外，并且在進(jìn)一步調(diào)查的階段將被處理。</p><p><b>　　2、方 法</b></p><p>　　不同的系統(tǒng)配置使用TRNSYS軟件進(jìn)行分析，以確定每年的太陽能保證率。首先，在瑞典國內(nèi)現(xiàn)有的水箱的特性進(jìn)行了測定。其次，國內(nèi)熱水負(fù)荷曲線代表瑞典單身家庭的房子

42、。最后，描述能量模型的每個系統(tǒng)配置和敏感性分析。</p><p>　　2.1國內(nèi)現(xiàn)有的熱式電熱水器在瑞典單身家庭的房子</p><p>　　本次調(diào)查的主要內(nèi)容是改造現(xiàn)有的在瑞典單的獨戶房子中最常見類型的熱水器。據(jù)我們所知，沒有正式的在這樣的房子中最常見的油箱大小的數(shù)據(jù)。據(jù)瑞典國內(nèi)熱水器制造商，安裝商和在該領(lǐng)域的研究人員調(diào)查，瑞典家庭最常見的獨棟別墅水箱的規(guī)模大小為200?300升。目前的趨

43、勢是更高的負(fù)載對應(yīng)較高的可用存儲量。一個敏感性分析表明，在相同的負(fù)載情況下加裝一個300升的油箱比使用一個200升的油箱，每年給予了更高的太陽能保證率。但是要在安全方面考慮，它決定使用200升的油箱進(jìn)行了分析。在大多數(shù)的情況下安裝一個3千瓦的電輔助加熱器以保證罐子內(nèi)的熱量。</p><p>　　2.2瑞典的單家庭住宅生活熱水負(fù)荷</p><p>　　將瑞典單戶家庭住宅生活熱水空載功耗創(chuàng)建

44、一個配置文件。配置文件包括七個不同的白天記錄。通過某些人制作一個簡化描述的時間簡檔。通過測量在瑞典的44戶單戶家庭，得出最新數(shù)據(jù)是每人每天消耗42升的生活熱水。一個敏感性分析表明，使用更詳細(xì)的畫剖圖將有一個低影響的結(jié)果，會增加總的計算時間。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得出平均水龍頭的冷水溫度為8.5°C。而下面圖2基于實測數(shù)據(jù)顯示對這一年中消耗的變化進(jìn)行了介并且引入了年內(nèi)消耗的變化。瑞典的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，居民的平均數(shù)量在瑞典單身家庭的房子是三