太陽(yáng)能平板集熱器陣列性能及其運(yùn)行特性的研究.pdf

1、目前，太陽(yáng)能低溫?zé)崂谜杉矣眯拖蚬こ袒⑸顭崴蚪ㄖ膳杆贁U(kuò)展。平板集熱器因其安全可靠、少維護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理、壽命長(zhǎng)與建筑結(jié)合美觀等優(yōu)勢(shì)，在工程中的使用量越來(lái)越多，但是凍結(jié)問(wèn)題是阻礙其在嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)大范圍使用的一個(gè)關(guān)鍵性因素，目前仍沒(méi)有得到很好的解決。太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)需求的集熱器面積越來(lái)越大，集熱器陣列與單個(gè)集熱器相比，存在前后排的遮擋和嚴(yán)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(méi)有得到體現(xiàn)，無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)集熱器陣列的

2、熱性能。
　　針對(duì)上述問(wèn)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(cè)的肋片寬度，然后計(jì)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。利用該模型分析了不同流量分布、遮擋寬度對(duì)平板集熱器集熱效率的影響。結(jié)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(guān)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(chǔ)上，結(jié)合遮擋幾何模型和并聯(lián)管組流動(dòng)特性離散數(shù)學(xué)模型，建立了集熱器陣列熱性能計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。采用該模型，詳細(xì)分析了集熱器陣列傾角、方位角、前后排間距對(duì)土地利用率、太陽(yáng)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(duì)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(wèn)題，本文提出了相變蓄能抗凍太陽(yáng)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(chǔ)上，建立了相變蓄能集熱器的性能分析模型，計(jì)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(yīng)滯后時(shí)間越長(zhǎng)，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(shè)計(jì)，提出了一種簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，與逐時(shí)計(jì)算的優(yōu)化結(jié)果一致。
　　為分析集熱器陣列在太陽(yáng)能熱泵季節(jié)性熱水蓄熱(Solar assisted Heat Pump with Seasonal Hot Water Heat Storage，簡(jiǎn)稱SHPSHWS)供暖系統(tǒng)中的運(yùn)行特性，建立了系統(tǒng)中各設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合設(shè)定的運(yùn)行方式和控制方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)值模擬。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，詳細(xì)分析了集熱器陣列排