真空管型太陽能熱水器與中溫集熱器熱性能研究

【摘要】：隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展,建筑能耗在全社會能耗中所占比例不斷增加,推廣太陽能熱利用技術(shù)在民用建筑中的應(yīng)用,是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。本課題對全玻璃真空管型太陽能熱水器和中溫真空管型太陽能集熱器兩種典型太陽能熱利用裝置的熱性能進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)研究,并對太陽能熱利用系統(tǒng)在民用建筑中的應(yīng)用效果評價方法進(jìn)行了研究。首先,通過理論分析確定了影響全玻璃真空管型太陽能熱水器熱性能的主要因素。設(shè)計(jì)全玻璃真空管型太陽能熱水器的熱性能實(shí)驗(yàn)方法并研制開發(fā)了太陽能熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)檢測裝置。通過實(shí)驗(yàn)分析了單位面積容水量、真空管管間距、真空管長度、保溫厚度等參數(shù)對全玻璃真空管型太陽能熱水器熱性能的影響,發(fā)現(xiàn)以上參數(shù)中單位面積容水量對日有用得熱量和日平均效率影響最大,單位面積容水量每增加10kg/m2,日有用得熱量增加0.53~1.56MJ/m2,日平均效率增加3.1%~9.2%。將實(shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)用到太陽能熱水器改進(jìn)中取得了良好的效果,證明實(shí)驗(yàn)結(jié)論可用于指導(dǎo)全玻璃真空管型太陽能熱水器的設(shè)計(jì)和開發(fā)。其次,以直流式真空管型中溫太陽能集熱器作為典型中溫太陽能集熱器,采用控制容積平衡法建立了集熱器的熱性能模型并開發(fā)了迭代求解方法。隨后研制開發(fā)了中溫太陽能集熱器熱性能測試裝置,利用該測試裝置對某廠家生產(chǎn)的直流式真空管型中溫太陽能集熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并與模擬結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),模擬得到的截距比實(shí)驗(yàn)值高0.0426,相對偏差約5.9%,熱損系數(shù)增加了0.2140℃/(W·m-2),相對偏差約5.6%。所建立的模型得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,可用于直流式真空管型中溫太陽能集熱器熱性能的分析研究。再次,利用驗(yàn)證后的模型及其求解方法,模擬分析了影響中溫真空管型太陽能集熱器熱性能的主要因素,發(fā)現(xiàn)真空集熱管的吸熱板和玻璃外管間的輻射換熱是造成熱損失的主要原因。因此提出了在吸熱板背部增加遮熱板的方式提高中溫真空管型太陽能集熱器的熱性能。對改進(jìn)后的集熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到其瞬時效率曲線為*??0.7763?1.8617T,比改進(jìn)前截距升高了約7.2%,熱損系數(shù)大幅下降了50.9%。說明增加遮熱板對于降低直流式真空管型中溫太陽能集熱器的熱損失,提高集熱器的熱性能具有明顯作用。最后,本研究提出了更為適用的太陽能熱利用系統(tǒng)評價方法,并應(yīng)用該方法對工程實(shí)例進(jìn)行測試和評價。該評價方法均衡考慮了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保指標(biāo),為太陽能熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了參考,有助于推廣太陽能熱利用系統(tǒng)在民用建筑中廣泛、合理地應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：全玻璃真空管型太陽能熱水器 中溫真空管型太陽能集熱器 太陽熱利用系統(tǒng) 應(yīng)用效果評價方法 太陽能保證率
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU822
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 緒論11-35
• 1.1 課題背景11-14
• 1.1.1 節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展11-13
• 1.1.2 太陽能熱利用13-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀與問題提出14-32
• 1.2.1 研究現(xiàn)狀14-31
• 1.2.2 問題提出31-32
• 1.3 研究內(nèi)容和研究方法32-33
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)33
• 1.5 課題來源33-35
• 第二章 全玻璃真空管型太陽能熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)研究35-69
• 2.1 全玻璃真空管型太陽能熱水器結(jié)構(gòu)及工作原理35-36
• 2.1.1 全玻璃真空管型太陽能熱水器結(jié)構(gòu)35
• 2.1.2 全玻璃真空管型太陽能熱水器工作原理35-36
• 2.2 影響太陽能熱水器熱性能的主要因素36-38
• 2.3 全玻璃真空管型太陽能熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)38-46
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容38-39
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)方法及測量要求39-41
• 2.3.3 太陽能熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)檢測裝置41-45
• 2.3.4 實(shí)驗(yàn)樣品選擇原則45-46
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析46-66
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定度分析46-58
• 2.4.2 單位面積容水量對日有用得熱量和日平均效率的影響58-63
• 2.4.3 管間距對日有用得熱量和日平均效率的影響63-64
• 2.4.4 真空管長度對日有用得熱量和日平均效率的影響64-65
• 2.4.5 容水量、保溫厚度對貯熱水箱熱損系數(shù)的影響65-66
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論66-67
• 2.6 全玻璃真空管型太陽能熱水器熱性能改善67
• 2.7 本章小結(jié)67-69
• 第三章 中溫真空管型太陽能集熱器熱性能模型研究69-97
• 3.1 直流式真空管型中溫太陽能集熱器結(jié)構(gòu)及工作原理69-70
• 3.1.1 直流式真空管型中溫太陽能集熱器結(jié)構(gòu)69-70
• 3.1.2 直流式真空管型中溫太陽能集熱器工作原理70
• 3.2 直流式真空管型中溫太陽能集熱器數(shù)學(xué)模型70-80
• 3.2.1 相關(guān)假設(shè)和簡化70-71
• 3.2.2 計(jì)算區(qū)域離散化71-72
• 3.2.3 控制方程72-79
• 3.2.4 單值性條件79-80
• 3.3 模型求解方法80-84
• 3.3.1 節(jié)點(diǎn)方程80-82
• 3.3.2 迭代求解方法82-84
• 3.4 中溫太陽能集熱器熱性能測試裝置研究開發(fā)84-91
• 3.4.1 中溫太陽能集熱器熱性能測試原理及系統(tǒng)要求85-87
• 3.4.2 中溫太陽能集熱器熱性能測試裝置設(shè)計(jì)87-91
• 3.5 模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證91-95
• 3.5.1 測試數(shù)據(jù)及分析91-93
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對比93-95
• 3.6 本章小結(jié)95-97
• 第四章 中溫真空管型太陽能集熱器熱性能優(yōu)化研究97-109
• 4.1 中溫真空管型太陽能集熱器熱性能的模擬分析97-100
• 4.1.1 典型工況模擬結(jié)果97-98
• 4.1.2 玻璃外管熱損失分析98-99
• 4.1.3 吸熱板與玻璃外管間輻射換熱量分析99-100
• 4.2 中溫真空管型太陽能集熱器熱性能優(yōu)化方法100-103
• 4.2.1 降低吸熱板下表面與玻璃外管輻射換熱量的方法100-102
• 4.2.2 增加遮熱板后集熱器熱性能模擬結(jié)果102-103
• 4.3 優(yōu)化前后中溫真空管型太陽能集熱器熱性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析103-107
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析104-106
• 4.3.2 優(yōu)化前后集熱器熱性能對比106-107
• 4.4 本章小結(jié)107-109
• 第五章 太陽能熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用效果測試及評價109-137
• 5.1 太陽能熱利用系統(tǒng)應(yīng)用效果的測試方法109-116
• 5.1.1 測試內(nèi)容109
• 5.1.2 抽樣方法109-110
• 5.1.3 測試條件110-111
• 5.1.4 測試用儀器設(shè)備111-112
• 5.1.5 集熱系統(tǒng)得熱量測試112-113
• 5.1.6 集熱系統(tǒng)效率測試113
• 5.1.7 系統(tǒng)總能耗測試113-114
• 5.1.8 制冷機(jī)組制冷量測試114-115
• 5.1.9 制冷機(jī)組耗熱量測試115
• 5.1.10貯熱水箱熱損因數(shù)測試115
• 5.1.11供熱水溫度測試115-116
• 5.1.12室內(nèi)溫度測試116
• 5.2 太陽能熱利用系統(tǒng)評價方法研究116-126
• 5.2.1 評價指標(biāo)116-119
• 5.2.2 評價方法119-124
• 5.2.3 系統(tǒng)性能判定和分級124-126
• 5.3 太陽能熱利用系統(tǒng)評價方法應(yīng)用126-135
• 5.3.1 深圳某住宅太陽能熱水項(xiàng)目測試評價126-129
• 5.3.2 北京市平谷區(qū)新農(nóng)村太陽能采暖項(xiàng)目測試評價129-132
• 5.3.3 國家太陽能中心辦公樓太陽能空調(diào)系統(tǒng)測試與評價132-135
• 5.4 本章小結(jié)135-137
• 第六章 結(jié)論與展望137-141
• 6.1 結(jié)論137-139
• 6.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)139-140
• 6.3 展望140-141
• 參考文獻(xiàn)141-157
• 發(fā)表論文、著作和參加科研情況說明157-159
• 致謝159-160

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