全玻璃真空太陽能熱水系統(tǒng)在深圳市某高校中的應用研究

【摘要】：建筑能源消耗是世界能源消耗的重要組成部分,能夠解決建筑中熱水的能耗問題,對緩解能源危機,具有重大的現實意義。深圳市具有豐富的太陽能資源和政策的支持,推廣太陽能的熱利用,運用太陽能熱水系統(tǒng)(solar hot water system,簡稱SHWS)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱源生產熱水,具有巨大的節(jié)能環(huán)保意義。首先,本文從太陽能輻射強度計算方法開始,以豎排的全玻璃真空太陽能集熱器為研究對象,結合全玻璃真空管的特點,分析吸熱管、罩玻璃管、環(huán)境以及流體工質之間的傳熱過程,在國內外計算模型的基礎上,建立熱阻網絡圖。通過假設、判定的方法,尋求在出口溫度未知的情況下太陽能集熱器得熱量的計算方法。利用MATLAB軟件進行編程計算。然后,本文通過計算不同條件下的真空管的出口溫度和集熱器的有效得熱量,分析安裝角度、日照強度、管長對太陽能集熱器得熱量、真空管出口溫度、對流傳熱熱阻的影響。結果表明:傾角越大,出口溫度越低,傾角的變化對得熱量有一定的影響;隨著輻射量的增加,出口溫度和得熱量都是顯著增加;管內流體的對流傳熱熱阻對真空管的得熱量起到決定的作用,且傾角的變化對對流傳熱熱阻的影響較大,輻射量的變化對對流傳熱熱阻的影響不大。根據計算結果建議全玻璃真空管的生產長度在1.80m左右,集熱器的安裝傾角不要超過30°。其次,結合深圳市某高校20層學生公寓的實際用水特點,按照設計規(guī)范,完成學生公寓SHWS的設計計算、設備選型、設備布置圖和系統(tǒng)原理圖。計算太陽能熱水系統(tǒng)不同傾角下的太陽能集熱單元每月得熱量,結合男、女生公寓每月的熱水使用負荷的變化,確定當集熱器安裝傾角為13°時,該20層學生公寓太陽能集熱單元有最大的年得熱量。男、女生公寓太陽能保證率分別為0.25、0.3。通過分析樓層數與太陽能保證率的關系,確定太陽能保證率的取值與樓層數成反比例關系,與單層建筑面積無關。最后,通過對深圳市某高校20層學生公寓SHWS節(jié)能效益分析,系統(tǒng)壽命周期內共節(jié)省約601萬元,減少二氧化碳排放量6921.4t,結果表明節(jié)能減排效果良好。 【關鍵詞】：全玻璃真空太陽能集熱器 學生公寓 太陽能熱水系統(tǒng) 最佳傾角 太陽能保證率
【學位授予單位】：西安工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU822
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題研究的背景10-11
• 1.2 深圳市太陽能資源及應用現狀11
• 1.2.1 深圳市太陽能利用現狀11
• 1.2.2 深圳市太陽能資源11
• 1.3 太陽能集熱器11-13
• 1.3.1 太陽能集熱器的發(fā)展現狀11-12
• 1.3.2 全玻璃真空管太陽能集熱器12-13
• 1.4 太陽能熱水系統(tǒng)的應用與發(fā)展13-14
• 1.4.1 太陽能熱水系統(tǒng)的形式13-14
• 1.4.2 太陽能熱泵技術14
• 1.5 國內外研究現狀14-16
• 1.5.1 國內研究現狀14-15
• 1.5.2 國外研究現狀15-16
• 1.6 研究目的16
• 1.7 課題研究內容16-18
• 2 全玻璃真空集熱管內流體流動傳熱計算方法18-30
• 2.1 傾斜表面太陽輻射量的計算方法18-20
• 2.1.1 計算太陽輻射有關的幾個角度19
• 2.1.2 傾斜表面太陽輻射量的計算公式19-20
• 2.2 全玻璃真空管集熱管內流體流動傳熱過程及計算方法分析20-28
• 2.2.1 管內自然對流的冷熱水循環(huán)計算模型21-23
• 2.2.2 基本假設23-24
• 2.2.3 傳熱熱阻網絡圖及計算方法24-28
• 2.2.4 判定條件28
• 2.3 計算工具及計算流程28-29
• 2.4 本章小結29-30
• 3 計算結果驗證及各參數的影響性分析30-42
• 3.1 傾斜表面太陽輻射量的計算30-32
• 3.2 計算結果驗證及分析32-35
• 3.3 各參數對集熱器性能的影響性分析35-37
• 3.3.1 傾斜角度對集熱器性能的影響35
• 3.3.2 輻射量對集熱器性能的影響35-36
• 3.3.3 管長對集熱器的得熱量的影響36-37
• 3.4 熱阻對真空管傳熱的影響37-38
• 3.4.1 熱阻對傳熱影響37-38
• 3.4.2 輻射量和傾角的變化對管內流體對流傳熱熱阻的影響38
• 3.5 集熱器安裝的最佳傾角38-40
• 3.6 本章小結40-42
• 4 深圳市某高校學生公寓太陽能熱水系統(tǒng)的設計42-54
• 4.1 學生公寓基本情況及設計參數42-43
• 4.1.1 工程概況42
• 4.1.2 學生用水特點42-43
• 4.1.3 供水時間43
• 4.1.4 設計依據和參數43
• 4.2 熱水量與耗熱量的計算43-44
• 4.3 太陽能集熱系統(tǒng)設計44-46
• 4.3.1 太陽集熱器的安裝位置和傾角45
• 4.3.2 集熱器前后排的間距45
• 4.3.3 太陽能集熱器總面積的確定45-46
• 4.3.4 太陽能集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的選擇46
• 4.4 輔助熱源系統(tǒng)設計46-48
• 4.5 儲熱水箱和供熱水箱的設計48-49
• 4.6 系統(tǒng)的規(guī)劃布局49-51
• 4.7 系統(tǒng)方案和分區(qū)51-52
• 4.7.1 系統(tǒng)方案51
• 4.7.2 系統(tǒng)分區(qū)和系統(tǒng)運行原理圖51-52
• 4.8 系統(tǒng)運行方案52-53
• 4.9 本章小結53-54
• 5 太陽能熱水系統(tǒng)的參數選定及節(jié)能效益分析54-66
• 5.1 實際安裝傾角對系統(tǒng)得熱量的影響54-57
• 5.1.1 集熱器安裝面積的計算54-56
• 5.1.2 系統(tǒng)安裝傾角的確定56-57
• 5.2 學生用水變化對熱水系統(tǒng)負荷的影響57
• 5.3 冷水溫度和月平均日輻射量對系統(tǒng)設計的影響57-58
• 5.4 太陽能保證率的計算58-60
• 5.5 深圳市學生公寓太陽能保證率取值探討60-62
• 5.5.1 計算參數取值60-61
• 5.5.2 太陽能保證率的計算過程61-62
• 5.6 系統(tǒng)節(jié)能效益分析62-64
• 5.6.1 太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量62
• 5.6.2 系統(tǒng)節(jié)能效益評估62-63
• 5.6.3 二氧化碳的減排量63-64
• 5.7 本章小結64-66
• 6 結論及展望66-68
• 6.1 主要結論66-67
• 6.2 研究過程中存在的問題及展望67-68
• 參考文獻68-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文清單74-76
• 致謝76

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