外文翻譯（中文） --太陽能加熱系統(tǒng)集熱器與儲水箱的大小的關系

1、<p><b>　　中文4500字</b></p><p><b>　　外 文 翻 譯</b></p><p>　　太陽能加熱系統(tǒng)集熱器與儲水箱的大小的關系</p><p>　　The relation of collector and storage tank size in solar heating sys

2、tems</p><p>　　性 質(zhì): □畢業(yè)設計 □畢業(yè)論文</p><p>　教 學 院： </p><p>　系 別：</p><p>　學生學號：</p><p>　學生姓名：</p><p>　專業(yè)班級：</p><p>　指導教師：&

3、lt;/p><p>　職 稱：</p><p>　起止日期：</p><p>　　出處：Energy Conversion and Management, 2012, 63: 112-117</p><p>　　太陽能加熱系統(tǒng)集熱器與儲水箱的大小的關系</p><p>　　The relation of collec

4、tor and storage tank size in solar heating systems</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　受益于太陽能最常用的方法是使用太陽能熱水系統(tǒng)，因為它是從太陽能獲益的最便宜的方式之一。太陽能熱水系統(tǒng)的投資成本是非常低的，并且維護成本幾乎為零。在過去一個世紀使用太陽能的太陽能熱水器加熱（SWH）技術有了

5、很大的提高。在許多太陽能熱水系統(tǒng)中儲水箱的使用就是為了熱能和熱水的保存，在需要的時候使用。此外，國內(nèi)熱水消費在很多建筑中是很大的變數(shù)，這要視地理環(huán)境情況而定，這在農(nóng)村也是，當然和建筑物的使用類型有關。最重要的是，它依賴于居民的特定的生活方式。出于這個原因，為消費者提供能達到理想溫度的熱水，集熱器與儲水箱之間就必須要有很好的聯(lián)系，不管居民有沒有要求這一點。在本文中，集熱器和儲水箱的被設計成更經(jīng)濟和高效的太陽能系統(tǒng)。已經(jīng)制定了一份方案，并通

6、過了實驗研究及環(huán)境數(shù)據(jù)的驗證。環(huán)境數(shù)據(jù)通過了進行了整整一年的土耳其人埃爾祖魯姆爾而得到的。</p><p>　　關鍵詞：太陽能，太陽能熱水系統(tǒng)，儲水箱。</p><p><b>　　1．序言</b></p><p>　　在未來世界的能源供應必須更加可持續(xù)的。這可以通過更有效地利用能源來實現(xiàn)，如依靠可再生能源，特別是風能、水電、太陽能和地熱能。關

7、于新能源和可再生能源的研究正加速發(fā)展并被大力支持，因為目前使用的能源資源迅速耗盡，造成環(huán)境污染。到達地球的太陽能最根本的可再生資源。太陽能在各種替代能源中占有最重要的一席之地。</p><p>　　太陽能技術提供了清潔、可再生和內(nèi)部的能源，是未來可持續(xù)能源必不可少的組成部分。在世界上的建筑供暖，太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能地源熱泵提供了一個新的，干凈的方式。因此，這些系統(tǒng)可以用來最大限度地減少對環(huán)境的影響和廢氣的排放。

8、他們在我們周圍的許多加熱和制冷應用中提供了最節(jié)能的方式，因為他們可以利用可再生熱能。</p><p>　　在世界上許多國家使用家用太陽能熱水器給水加熱是最可行的、最經(jīng)濟和最普遍的太陽能利用手段。在近些年世界市場熱水器的應用正明顯的擴大。使用太陽能能源系統(tǒng)作為熱能的產(chǎn)品具有良好的應用前景，如住宅空間加熱或生產(chǎn)生活熱水。一個典型的住在普通家庭在能源利用方面要比一個直接從屋頂接受太陽能輻射能量的的家庭要少的多。相對低的

9、溫度下所需的采暖和生活熱水的應用，使太陽能收集效率比較高：例如，根據(jù)Cruickshank，熱系統(tǒng)的效用明顯的是光伏系統(tǒng)的二到四倍。此外,空間和水加熱負責住宅建筑大部分能源需求：在土耳其大約占82%，在歐洲是82，這意味著，使用太陽能熱轉(zhuǎn)換技術，將太陽能轉(zhuǎn)換為可利用的熱能具有很大的潛力。然而，必須減少化石燃料的消耗，以減少二氧化碳硫氧化物，氮氧化物向大氣中的排放。而且，這些能量源正在因許多因素變得有限，如自然資源的枯竭，環(huán)境破壞和經(jīng)濟的

10、限制。由于上述的眾多原因，許多國家的政府已決定加強努力增加節(jié)能技術的部署和可再生能源的利用，也別是太陽能。然而，從幾個不同的原因如成本效益和長期的技術可靠性方面考慮，在總的能源需求是，太陽能還僅僅做了一小部分意見。因此，進一步的嘗試來解決這些現(xiàn)狀，如</p><p>　　熱能存儲不僅在保存能源起著重要的作用，而且也影響著產(chǎn)品的性能和廣泛的能源系統(tǒng)可靠性，尤其在例如太陽能這種間歇性能源的地方就顯得尤為重要了。熱能存

11、儲器可以用于太陽能變化大的地方或者晝夜溫差大的地方。</p><p>　　太陽能加熱系統(tǒng)，特別是太陽能內(nèi)部熱水系統(tǒng)，包括太陽能集熱器，儲熱器，輔助加熱器，熱交換器，和一系列的太陽能集熱器的連接管連接到貯槽。大多數(shù)的家用太陽能熱水器系統(tǒng)使用平板集熱器，臥式或立式儲罐連接。通過在集電極循環(huán)的液體循環(huán)式的儲罐內(nèi)的水被加熱。集電極周期被設計成開放（直接）或關閉（關閉）電路。在開路循環(huán)，集熱器內(nèi)的流體直接倒入儲罐。在閉合回

12、路循環(huán)的情況下，使用熱交換器將集熱器內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移給存儲罐內(nèi)的水。國內(nèi)最常見的太陽能熱交換器中類型之一是一種帶圓形外殼的罐體，被稱為地幔熱交換器。在這些系統(tǒng)中的集熱器插座連接的熱交換器之間的中層和上層的一部分。可用熱水萃取從上部的儲罐和被取代冷城市供水。蓄熱水箱是太陽能熱水系統(tǒng)的一個關鍵部分，在白天它將熱能轉(zhuǎn)化成熱水，并在晚上或需要的時間將熱水提供給用戶。根據(jù)存儲罐的不同操作和許多文獻的設計參數(shù)，有很多實驗和理論數(shù)值進行績效評估研究太陽能

13、供熱系統(tǒng)。這些參數(shù)主要包括幾何條件，使用水平或垂直的存儲罐的高度與直徑的比率，壁厚，壁物質(zhì)，罐入口帶出口開口，操作條件，即，入口流體速度，進樣口之間的差異的大小和出口流體儲存在儲罐的溫度和氣候條件。由Lavan和Tho</p><p>　　進氣口的位置和幾何形狀，入口出口溫度的差異和不同的質(zhì)量流率。他們的研究表明，可以通過以下方式獲得更好的熱分層：</p><p>　　增加罐的高度與其直徑

14、的比值，增加的進氣口的直徑，或增加的入口和出口之間的差異，Cole和Bellinger建議，當選擇儲罐高與直徑的比達到4時，熱水箱中最大熱分層實現(xiàn)。Ismail等人的研究證實了Cole和Bellinger的結論，而Nelson等人則建議存儲罐高度與直徑的最佳比為3.</p><p>　　此外，存儲罐的尺寸以及存儲罐體積與集熱器總面積的比例是能實際出經(jīng)濟又節(jié)能的太陽能熱水系統(tǒng)的非常重要的參數(shù)。Braun等人評估季節(jié)

15、性存儲的單位熱面積的存儲容量一定比過夜儲存大兩到三個數(shù)量級。然而Fish等人的報道則說明大型太陽能發(fā)電廠每平方米太陽能集熱器的投資成本僅是短期存儲的兩倍。</p><p>　　2.太陽能加熱集熱器和儲水箱</p><p>　　熱水消耗具有很大的變數(shù)，尤其是在住宅建筑中。一些影響熱水消耗的的參數(shù)可以被看作地理環(huán)境、國民習慣、建筑物使用類型和一個國家人民的生活方式的參考。總之，最重要的參數(shù)是居

16、民的特定的生活方式。所有這些因素要求儲存在存儲罐里的熱水需要隨時保持在適宜的溫度，好在人們在任何時間想要用的時候都能用上。當生活用水被太陽能電站加熱后，在住宅樓里把它儲存起來是必要的。出于這個原因，確定好每日太陽輻射度和每日熱水用量之間的關系是很重要的，這樣就可以實現(xiàn)制造出更高效的太陽能熱水系統(tǒng)。設計參數(shù)如集熱器方向或位置、零部件的尺寸，像這些被應用在熱水加熱系統(tǒng)如儲水器或集熱器區(qū)域的零部件的參數(shù)，他們都依靠氣象邏輯規(guī)格區(qū)域（即輻射強度

17、，氣溫，自來水等/《能量轉(zhuǎn)換和管理》63（2012）112-117113水溫度），在這一區(qū)域系統(tǒng)將對水進行加熱。</p><p>　　集熱器和儲水箱是太陽能加熱系統(tǒng)最重要的組成部分。通常情況下，集熱器是太陽能熱水系統(tǒng)最昂貴的部分。集熱器主要被用于熱水加熱系統(tǒng)它的型號通常有平板型、高效平板、真空器件和熱管即熱型。在一班情況下，商業(yè)水箱可以分為兩種類型，這取決于蛇形管的存在與否。出來前幾種分類，它還可以從材料來區(qū)別，

18、如不銹鋼，玻璃鋼、鋼與環(huán)氧蓋，所有這些材料都適合與水接觸。</p><p>　　為了滿足建筑物定期的熱能源和熱水需求，確定好存水罐的體積和集熱器的總面積的很必要的。集電極凈吸收體面積可以通過利用本地相關區(qū)域的太陽輻射數(shù)據(jù)來確定。如果太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生能量的時間和速率不能滿足能源需求，那么就需要熱能存儲器來儲存能量以備不時之需。理想情況下，在溫度有利于能量的收集和使用時，儲存器應該存儲足夠多的任何多余的能量。根據(jù)本說明

19、書的負載模式，罐體的大小應接近太陽能加熱系統(tǒng)的平均加熱輸出功率，當然經(jīng)濟因素也應該考慮。</p><p>　　3.液基太陽能熱水系統(tǒng)及其數(shù)學公式</p><p>　　3.1．實驗太陽能熱水系統(tǒng)</p><p>　　我們推出了一個帶有防凍液集電極回路的內(nèi)部水加熱系統(tǒng)，如圖1所示。這是一個在寒冷條件下推薦使用的典型的加熱系統(tǒng)。該模型研究考慮在Erzurum，位于土耳其東

20、北部嚴寒氣候區(qū)最冷的城市之一，一個被用了10年的，擁有兩個集熱器的太陽能加熱系統(tǒng)，考慮到各種因素，如家里有四個成員，熱水被存儲在儲水罐內(nèi)，根據(jù)TS825和TS3817標準（土耳其標準組織），熱水系統(tǒng)的儲水罐體積被設計為220升。儲槽絕緣良好，以消除熱損失，集熱器被放在屋頂，成30度角。集熱器表面總面積為3.8平方米，在早上進行清洗玻璃蓋。在系統(tǒng)中熱交換器被用于將集熱器中被加熱的液體的熱能傳遞給終端用戶所要使用的熱水中。兩個水泵用于將集熱

21、器中的液體與熱交換器之間循環(huán)，以及存儲罐與熱交換器之間循環(huán)。</p><p>　　圖1展示了實驗的系統(tǒng)圖:</p><p>　　??圖1.太陽能熱水加熱系統(tǒng)實驗</p><p>　　表1.Erzurum地區(qū)氣象和氣候數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　?</b></p><p>　　??????1

22、 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12</p><p>　　圖2 .Erzurum地區(qū)每月熱需求及太陽能輻射變化綜述.</p><p>　　集熱器中的熱能轉(zhuǎn)移到管中液體的過程可以用公式表示為： （1）</p><p>　　其中是集電極內(nèi)質(zhì)量流率的比熱容，和分別是入口和出口流體的溫度，忽略存儲罐封閉系統(tǒng)中可使用水在集熱器中轉(zhuǎn)移的

23、熱損失，工作流體向水轉(zhuǎn)移熱能可以被定義為如下： （2）</p><p>　　其中為熱交換率，是儲罐內(nèi)水質(zhì)量流率的特定熱容量，和分別是儲罐入口和出口的溫度，忽略存儲罐的熱分層，罐內(nèi)部能量的變化率由下式給出： （3）</p><p>　　其中是儲罐中水的質(zhì)量和產(chǎn)品的比熱，t是時間，通過服務水熱交換器提供太陽能的熱水負荷，是儲罐的能量損失率。能量損失率可以被下式表述：

24、 （4）</p><p>　　其中是儲罐損耗系數(shù)和區(qū)域產(chǎn)品，該服務提供的熱水由太陽能熱交換器提供，可以表示如下： （5）</p><p>　　為系統(tǒng)提高能效率的方程可寫為： （6）</p><p>　　其中集熱器的表面積，是單位面積集熱器接收的太陽能輻射。</p><p>　　?????1 2

25、 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12</p><p>　　圖3集熱去根據(jù)儲罐容積體積的集電率的改變。</p><p>　　圖4集電極區(qū)域根據(jù)儲罐容積率可用水溫度的改變。</p><p>　　????? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1

26、1 12 </p><p>　　圖5根據(jù)集電極區(qū)域儲罐容積系統(tǒng)手機能量的變化。</p><p><b>　　4結果與討論</b></p><p>　　在開始這項研究之前，瞬態(tài)模型的部件和整個系統(tǒng)的模型進行了驗證實驗，所有的都被集成在一個獨特的方案。驗證研究后作了一些修改和改進的型號圖3顯示當儲罐體積增加時集熱器效率增加，根據(jù)圖3，當儲罐容積

27、率達到200升每平方米時，集熱器效率達到最高，當儲罐容積率為25升每平方米時達到最小。</p><p>　　圖4顯瘦出了罐體中水的平均溫度與集熱區(qū)罐體容積率之間的關系。從圖中可以看出，當罐體積增加時罐體溫度降低，當罐的容積率達到最低的25升每平方米時，每年罐體的氣溫值達到最高。從圖5和圖3可以看出當罐體積增加時，集熱器手機的能量增加。</p><p>　　一般來說，在土耳其根據(jù)相關標準和實

28、際假設可以被使用的水的溫度在40-70攝氏度。從圖中看，盡管即熱效率增加了，罐體的體積增加了，但是可用熱水的溫度降低了。為用戶提供適宜溫度的熱水是非常重要的，此外，從圖3可以明白，當罐體的容積率上升到200升每平方米或者更高是集熱器的效率降低。根據(jù)上面所提的原因，根據(jù)集熱面積設計最佳的罐體尺寸對于設計出更實用、更有益和更高效的熱水器是非常重要的。</p><p><b>　　5結論</b>&

29、lt;/p><p>　　該研究表明，儲罐的尺寸大小影像到熱水器系統(tǒng)的表現(xiàn)和實用性。在實際應用中，由于以些物理準確性和基本規(guī)則的缺乏，有時儲罐的大小是有有設計者隨意規(guī)定的，除了需要較大的存儲量，不能使住宅應用的加熱系統(tǒng)的表現(xiàn)更高效。與此相反，它可能會導致昂貴的，過分的空間消耗和在某些情況下，加熱系統(tǒng)過于笨重。</p><p>　　在Erzurum氣候條件下利用MATLAB軟件，做出了一個針對太陽

30、能加熱系統(tǒng)的瞬態(tài)模擬研究。結果表明，當罐體積增加時，集熱器效率增加。與此相關的，系統(tǒng)表現(xiàn)的更好，但是罐體中可用水的溫度卻降低了，可用水的溫度與系統(tǒng)表現(xiàn)一樣重要。在許多標準組織的研究以及出版物中建議可用水的溫度應保持在45-60攝氏度之間。在這種情況下，根據(jù)土耳其條件和土耳其有關標準集熱區(qū)域的罐體容積可以是在50和70升每平方米，集電極效率取值范圍從0.35至0.45。</p><p><b>　　參考文

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