空气—水复合集热太阳能供热采暖系统研究与应用

【摘要】：太阳能供热采暖系统由于在利用太阳能和保护环境等方面的优势,受到了国内外学者的广泛重视。近年来世界各地相继建成很多太阳能供热采暖示范建筑,积累了较为丰富的理论和实践经验。本文对一种新型太阳能供热采暖系统进行了较为深入的研究和探讨。 本文设计了一种可以使用空气和水两种工质循环集热的太阳能集热器,集热器内部设置空气和水两种工质流道,它们既可单独循环集热,也可同时循环集热。经计算,该新型集热器成本较低,适合推广应用。为验证集热器的可靠性,在我国的三个地区分别选择生产企业进行试制,并分别进行了测试。测试结果表明,该型集热器的热效率随空气流量、辐照强度、环境温度的增加而增大,在大多数情况下,其热效率可达到50%以上。 对某栋示范建筑物内的太阳能供热采暖系统进行了设计、模拟仿真和优化。该系统采暖季白天使用空气循环集热并向室内供暖,多余热量蓄存在卵石蓄热床中,供夜间和阴雨天使用,能量不足部分由常规锅炉辅助热源提供。系统设置太阳能直接供暖、蓄热床供暖、夜间供暖、蓄热和辅助热源供暖五种工作模式。非采暖季时使用水循环向建筑提供生活热水。共设置太阳能集热面积473.2m2,供热采暖面积3458m2。经TRNSYS优化后的系统全年太阳能保证率为53.0%。 文中介绍了示范项目施工情况及需注意的问题,并总结了工程经验。太阳能系统检测于采暖季的12月展开。测试数据表明,太阳能集热器在当地12月气候下闷晒温度可达89.1℃;送风管道热损失约占系统总集热量的17%;蓄热床热损失系数为33.3%。太阳能直接供暖工况效果较为明显,白天大部分时间室温可维持18℃以上。12月下半月,系统日太阳能保证率最高值达33.6%,平均值为19.1%。不同类型供暖房间的对比测试表明,无任何供暖措施的房间平均温度维持在8℃左右,太阳能供暖可使房间平均温度提高至12℃,太阳能供暖效果较为明显。 【关键词】：空气-水复合太阳能集热器 供热采暖 TRNSYS 太阳能保证率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 符号说明9-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 背景和意义11
• 1.2 被动式太阳能采暖系统11-15
• 1.3 主动式太阳能采暖系统15-20
• 1.3.1 系统概述15
• 1.3.2 系统分类15-20
• 1.4 本文的研究内容20-21
• 第二章 空气-水复合太阳能集热器的开发21-41
• 2.1 太阳能集热器设计21-24
• 2.2 集热器数学模型的建立及模拟分析24-31
• 2.2.1 集热器物理模型24-27
• 2.2.2 集热器模拟分析27-29
• 2.2.3 集热器经济性分析29-31
• 2.3 不同环境工况下的集热器运行实验验证31-40
• 2.3.1 热性能测试方法31-32
• 2.3.2 上海32-33
• 2.3.3 北京33-36
• 2.3.4 秦皇岛36-39
• 2.3.5 测试总结39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 太阳能复合集热供热采暖系统设计41-63
• 3.1 设计方案41-50
• 3.1.1 设计总说明及目标41
• 3.1.2 设计依据41-42
• 3.1.3 当地气候条件及太阳能资源情况42
• 3.1.4 太阳能保证率指标的选取42-43
• 3.1.5 建筑物热负荷计算43-45
• 3.1.6 太阳能采暖系统方案45-46
• 3.1.7 太阳能集热器面积确定46-47
• 3.1.8 蓄热系统设计47
• 3.1.9 空气循环系统设计47-48
• 3.1.10 热水系统设计48-49
• 3.1.11 辅助热源系统49-50
• 3.2 基于Trnsys 的系统全年模拟50-57
• 3.2.1 Trnsys 仿真模型构建50-51
• 3.2.2 仿真结果分析51-57
• 3.3 系统经济技术指标及分析57-62
• 3.3.1 经济技术指标57-58
• 3.3.2 经济技术分析58-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第四章 太阳能复合集热供热采暖系统的工程实施63-75
• 4.1 蓄热床分项工程63-67
• 4.1.1 蓄热床地基63
• 4.1.2 蓄热床基础63-65
• 4.1.3 支撑矮墙及盖板65-66
• 4.1.4 蓄热床主次地笼施工66-67
• 4.1.5 蓄热床鹅卵石铺放67
• 4.2 集热器安装工程67-70
• 4.2.1 屋面预留基座67-68
• 4.2.2 集热器支架68-69
• 4.2.3 集热器安装69-70
• 4.3 空气循环系统工程70-73
• 4.3.1 屋面风管系统70-71
• 4.3.2 风机箱安装71
• 4.3.3 建筑内部风管系统71-72
• 4.3.4 太阳能送风口72-73
• 4.4 热水循环系统工程73-74
• 4.4.1 热水循环管道73
• 4.4.2 水箱及水泵73
• 4.4.3 热水系统调试73-74
• 4.5 控制系统工程74
• 4.6 本章小结74-75
• 第五章 系统测试与分析75-95
• 5.1 测试内容及仪器方法75-77
• 5.1.1 集热系统性能测试75-76
• 5.1.2 供暖房间测试76-77
• 5.1.3 蓄热床温度测试77
• 5.2 太阳能集热器测试结果77-81
• 5.2.1 集热器闷晒效果测试77-78
• 5.2.2 集热器变空气流量测试78-81
• 5.3 供热采暖系统测试结果81-91
• 5.3.1 屋面集热系统日得热量变化81-82
• 5.3.2 送风管道热损失分析82-83
• 5.3.3 辅助热源运行情况83-84
• 5.3.4 蓄热床温度变化分析84-86
• 5.3.5 蓄热床热损失分析86-87
• 5.3.6 不同供暖方式房间温度对比87-89
• 5.3.7 太阳能直接供暖89-90
• 5.3.8 太阳能保证率分析90-91
• 5.4 南墙试验系统测试91-93
• 5.4.1 系统运行情况92-93
• 5.4.2 南墙试验系统得热量93
• 5.5 本章小结93-95
• 第六章 总结95-97
• 6.1 研究结论95-96
• 6.2 工作展望96-97
• 参考文献97-100
• 致谢100-101
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利101-103

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