太陽能平板集熱器陣列性能及其運行特性的研究.pdf

1、目前，太陽能低溫熱利用正由家用型向工程化、生活熱水向建筑采暖迅速擴展。平板集熱器因其安全可靠、少維護、經(jīng)濟合理、壽命長與建筑結合美觀等優(yōu)勢，在工程中的使用量越來越多，但是凍結問題是阻礙其在嚴寒、寒冷地區(qū)大范圍使用的一個關鍵性因素，目前仍沒有得到很好的解決。太陽能熱利用系統(tǒng)需求的集熱器面積越來越大，集熱器陣列與單個集熱器相比，存在前后排的遮擋和嚴重的非均勻流量分布情況。目前這些因素在集熱器性能模型中都沒有得到體現(xiàn)，無法準確估計集熱器陣列的

2、熱性能。
　　針對上述問題，本文建立了非均勻流量分布下的集熱器熱性能模型，并綜合考慮了遮擋、自身熱容的影響。該模型首先確定集熱器中每支支管左右兩側的肋片寬度，然后計算其 x方向、y方向的溫度分布，最終得到各支管的出口溫度、集熱量、集熱效率。通過實驗驗證了模型的準確性。利用該模型分析了不同流量分布、遮擋寬度對平板集熱器集熱效率的影響。結果表明：在同一流量分布下，集熱器效率與歸一化溫差仍然呈線性關系，與均勻流量分布相比有所降低；集熱器

3、被遮擋后，不但表面接收輻射量下降而且集熱效率也有所降低，集熱效率仍可表示為新歸一化溫差的線性函數(shù)。
　　在上述非均勻流量分布下的集熱器熱性能模型基礎上，結合遮擋幾何模型和并聯(lián)管組流動特性離散數(shù)學模型，建立了集熱器陣列熱性能計算的數(shù)學模型。采用該模型，詳細分析了集熱器陣列傾角、方位角、前后排間距對土地利用率、太陽輻射年接收率、集熱效率、集熱量的影響；還分析了支路中集熱器數(shù)、并聯(lián)數(shù)、串聯(lián)數(shù)對支路壓降、集熱效率、支管最高出口溫度與支路出

4、口溫度的差值 o?T的影響。
　　為解決平板集熱器的防凍問題，本文提出了相變蓄能抗凍太陽能集熱器，與普通平板集熱器的區(qū)別在于在吸熱板與保溫材料之間增加了一層相變蓄能材料。在普通平板集熱器的非均勻流量分布下的熱性能模型的基礎上，建立了相變蓄能集熱器的性能分析模型，計算了不同相變蓄能層厚度的集熱器吸熱板板溫、集熱量、抗凍能耗。隨著相變蓄能層厚度的增加，集熱器熱容越大，吸熱板板溫響應滯后時間越長，集熱量越少、抗凍能耗也越少，但是凈集熱量

5、先增大后減小。最后為方便相變蓄能層厚度的設計，提出了一種簡單的計算方法，與逐時計算的優(yōu)化結果一致。
　　為分析集熱器陣列在太陽能熱泵季節(jié)性熱水蓄熱(Solar assisted Heat Pump with Seasonal Hot Water Heat Storage，簡稱SHPSHWS)供暖系統(tǒng)中的運行特性，建立了系統(tǒng)中各設備的數(shù)學模型，并結合設定的運行方式和控制方法實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬計算，詳細分析了集熱器陣列排