承压容积式太阳能集热器的开发与应用

【摘要】：为了更好的利用太阳能资源,本课题研发一种新型承压容积式太阳能集热器,该集热器可以与地源热泵空调系统相结合,不仅可以作为季节性蓄热的集热器,解决住宅建筑冬季地源侧取热负荷大于夏季放热负荷的问题,还可以兼顾居民生活热水器,大幅度提高太阳能、浅层地热能等清洁可再生能源在住宅建筑中的利用率,减少消耗常规能源所带来的污染物排放,达到建筑节能减排目的。本文对研制的新型承压容积式太阳能集热器,进行了传热分析,在此基础上建立了实验研究平台,为该新型集热器设计与检测提供科学依据。采用实验的方法对新型集热器进行了测试。测试的内容包括集热器日有用得热量、平均热损因数、集热器瞬时效率、热水出水率、集热器压降与流量之间的数学模型,通过对测试数据的整理,得出以下主要结论：(1)随着大管初始加热水温的不断升高,日有用得热量随之下降,当初始加热水温由17.1℃升高到53.8℃时,日有用得热量由7.06MJ/m2下降到4.56MJ/m2,下降比例为35.4%,说明日有用得热量的大小与大管初始加热水温紧密相关。(2)随着大管集热器降温的初始温度不断升高,热损失因数随着升高,当集热器降温的初始温度由46.2℃升高到78.2℃时,热损失因数由35.7W/(m3·k)升高到39.7W/(m3·k),升高比例不大,仅为11.2%,说明集热器的保温效果好,在无太阳光照射时,集热器中的水热损失小。(3)随着大管集热器中的水温不断被加热,集热器瞬时效率开始下降,在测试开始一小时后瞬时效率下降最大,之后便趋于稳定。随着大管集热器加热的初始温度升高,平均瞬时效率随着降低,当集热器加热的初始温度由17.1℃升高到55.5℃时,平均瞬时效率由45.5%降低到25.1%,说明集热器的热效率与初始加热水温有密切关系。(4)随着额定温度的升高,热水出水率变化不大,当额定温度有56.9℃升高到70.2℃时,热水出水率由95.6%上升到98.0%,说明容积式集热器的热水利用效果好。(5)随着管道流速的增加集热器进出口的压力损失也随着增大,当流量在0.09m3/h与0.14m3/h之间时,集热器的压降上下波动在8kPa左右,流量大于0.14m3/h,集热器压降按照△P=59.85×Q0.86+0.52 kPa的规律变化,说明集热器在低流速时,流体在大管内流动并不充分,这样对于热水的利用也是不利的。上述结果与结论,对进一步优化该新型集热器开发与应用具有一定的指导意义。 【关键词】：可再生能源 容积式集热器 传热分析 传热性能 水力性能
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本课题的主要研究内容和技术路线12-14
• 第2章 承压容积式太阳能集热器结构14-20
• 2.1 集热器研发目的及功能14-15
• 2.2 可行性措施15
• 2.3 承压容积式太阳能集热器的结构及材料技术要求15-19
• 2.4 承压容积式太阳能集热器的安全附件19-20
• 第3章 承压容积式太阳能集热器的传热机理20-27
• 3.1 集热板控制体的热平衡方程21-25
• 3.1.1 集热板与外界环境间的辐射传热量22
• 3.1.2 集热板与外界环境间的对流传热量22-23
• 3.1.3 集热板与承压内胆之间辐射传热量23
• 3.1.4 集热板与空气夹层之间的对流传热量23-24
• 3.1.5 集热板蓄热量24
• 3.1.6 投射在集热板表面的太阳直接辐射传热量24
• 3.1.7 投射在集热板表面的太阳散射辐射传热量24-25
• 3.2 承压内胆控制体的热平衡方程25-26
• 3.2.1 集热板蓄热量25
• 3.2.2 承压内胆与内胆水之间的对流传热量25-26
• 3.3 内胆生活热水控制体的热平衡方程26-27
• 第4章 容积式集热器的性能参数测试实验27-44
• 4.1 实验目的27
• 4.2 实验原理27-30
• 4.2.1 容积式太阳能集热器热水系统27-28
• 4.2.2 太阳能热水系统的性能参数28-30
• 4.3 实验仪器、仪表及附件30-35
• 4.4 实验步骤及参数研究35-44
• 4.4.1 实验台搭建35-36
• 4.4.2 日有用得热量及其变化规律36-39
• 4.4.3 平均热损因数及其变化规律39-40
• 4.4.4 太阳能集热器瞬时效率及其变化规律40-42
• 4.4.5 热水出水率及其变化规律42-43
• 4.4.6 热水器压降及其变化规律43-44
• 第5章 结论与展望44-46
• 5.1 结论44-45
• 5.2 展望45-46
• 参考文献46-48
• 致谢48-49
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文49

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