全玻璃真空太阳能热水系统在深圳市某高校中的应用研究

【摘要】：建筑能源消耗是世界能源消耗的重要组成部分,能够解决建筑中热水的能耗问题,对缓解能源危机,具有重大的现实意义。深圳市具有丰富的太阳能资源和政策的支持,推广太阳能的热利用,运用太阳能热水系统(solar hot water system,简称SHWS)代替传统的热源生产热水,具有巨大的节能环保意义。首先,本文从太阳能辐射强度计算方法开始,以竖排的全玻璃真空太阳能集热器为研究对象,结合全玻璃真空管的特点,分析吸热管、罩玻璃管、环境以及流体工质之间的传热过程,在国内外计算模型的基础上,建立热阻网络图。通过假设、判定的方法,寻求在出口温度未知的情况下太阳能集热器得热量的计算方法。利用MATLAB软件进行编程计算。然后,本文通过计算不同条件下的真空管的出口温度和集热器的有效得热量,分析安装角度、日照强度、管长对太阳能集热器得热量、真空管出口温度、对流传热热阻的影响。结果表明:倾角越大,出口温度越低,倾角的变化对得热量有一定的影响;随着辐射量的增加,出口温度和得热量都是显著增加;管内流体的对流传热热阻对真空管的得热量起到决定的作用,且倾角的变化对对流传热热阻的影响较大,辐射量的变化对对流传热热阻的影响不大。根据计算结果建议全玻璃真空管的生产长度在1.80m左右,集热器的安装倾角不要超过30°。其次,结合深圳市某高校20层学生公寓的实际用水特点,按照设计规范,完成学生公寓SHWS的设计计算、设备选型、设备布置图和系统原理图。计算太阳能热水系统不同倾角下的太阳能集热单元每月得热量,结合男、女生公寓每月的热水使用负荷的变化,确定当集热器安装倾角为13°时,该20层学生公寓太阳能集热单元有最大的年得热量。男、女生公寓太阳能保证率分别为0.25、0.3。通过分析楼层数与太阳能保证率的关系,确定太阳能保证率的取值与楼层数成反比例关系,与单层建筑面积无关。最后,通过对深圳市某高校20层学生公寓SHWS节能效益分析,系统寿命周期内共节省约601万元,减少二氧化碳排放量6921.4t,结果表明节能减排效果良好。 【关键词】：全玻璃真空太阳能集热器 学生公寓 太阳能热水系统 最佳倾角 太阳能保证率
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU822
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 深圳市太阳能资源及应用现状11
• 1.2.1 深圳市太阳能利用现状11
• 1.2.2 深圳市太阳能资源11
• 1.3 太阳能集热器11-13
• 1.3.1 太阳能集热器的发展现状11-12
• 1.3.2 全玻璃真空管太阳能集热器12-13
• 1.4 太阳能热水系统的应用与发展13-14
• 1.4.1 太阳能热水系统的形式13-14
• 1.4.2 太阳能热泵技术14
• 1.5 国内外研究现状14-16
• 1.5.1 国内研究现状14-15
• 1.5.2 国外研究现状15-16
• 1.6 研究目的16
• 1.7 课题研究内容16-18
• 2 全玻璃真空集热管内流体流动传热计算方法18-30
• 2.1 倾斜表面太阳辐射量的计算方法18-20
• 2.1.1 计算太阳辐射有关的几个角度19
• 2.1.2 倾斜表面太阳辐射量的计算公式19-20
• 2.2 全玻璃真空管集热管内流体流动传热过程及计算方法分析20-28
• 2.2.1 管内自然对流的冷热水循环计算模型21-23
• 2.2.2 基本假设23-24
• 2.2.3 传热热阻网络图及计算方法24-28
• 2.2.4 判定条件28
• 2.3 计算工具及计算流程28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 计算结果验证及各参数的影响性分析30-42
• 3.1 倾斜表面太阳辐射量的计算30-32
• 3.2 计算结果验证及分析32-35
• 3.3 各参数对集热器性能的影响性分析35-37
• 3.3.1 倾斜角度对集热器性能的影响35
• 3.3.2 辐射量对集热器性能的影响35-36
• 3.3.3 管长对集热器的得热量的影响36-37
• 3.4 热阻对真空管传热的影响37-38
• 3.4.1 热阻对传热影响37-38
• 3.4.2 辐射量和倾角的变化对管内流体对流传热热阻的影响38
• 3.5 集热器安装的最佳倾角38-40
• 3.6 本章小结40-42
• 4 深圳市某高校学生公寓太阳能热水系统的设计42-54
• 4.1 学生公寓基本情况及设计参数42-43
• 4.1.1 工程概况42
• 4.1.2 学生用水特点42-43
• 4.1.3 供水时间43
• 4.1.4 设计依据和参数43
• 4.2 热水量与耗热量的计算43-44
• 4.3 太阳能集热系统设计44-46
• 4.3.1 太阳集热器的安装位置和倾角45
• 4.3.2 集热器前后排的间距45
• 4.3.3 太阳能集热器总面积的确定45-46
• 4.3.4 太阳能集热系统循环水泵的选择46
• 4.4 辅助热源系统设计46-48
• 4.5 储热水箱和供热水箱的设计48-49
• 4.6 系统的规划布局49-51
• 4.7 系统方案和分区51-52
• 4.7.1 系统方案51
• 4.7.2 系统分区和系统运行原理图51-52
• 4.8 系统运行方案52-53
• 4.9 本章小结53-54
• 5 太阳能热水系统的参数选定及节能效益分析54-66
• 5.1 实际安装倾角对系统得热量的影响54-57
• 5.1.1 集热器安装面积的计算54-56
• 5.1.2 系统安装倾角的确定56-57
• 5.2 学生用水变化对热水系统负荷的影响57
• 5.3 冷水温度和月平均日辐射量对系统设计的影响57-58
• 5.4 太阳能保证率的计算58-60
• 5.5 深圳市学生公寓太阳能保证率取值探讨60-62
• 5.5.1 计算参数取值60-61
• 5.5.2 太阳能保证率的计算过程61-62
• 5.6 系统节能效益分析62-64
• 5.6.1 太阳能热水系统的年节能量62
• 5.6.2 系统节能效益评估62-63
• 5.6.3 二氧化碳的减排量63-64
• 5.7 本章小结64-66
• 6 结论及展望66-68
• 6.1 主要结论66-67
• 6.2 研究过程中存在的问题及展望67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文清单74-76
• 致谢76

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