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基于耦合辐射模型的太阳能集热器倾角优化研究

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可再生能源 2024年第7期42卷 894-900页

作者：王恩宇王天生张学友沈海笑黄运兴河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

为了使太阳能集热器获得更多的太阳辐射量,须对集热器倾角进行优化。文章在建立倾斜面太阳辐射计算模型的基础上,分别优化直接辐射、散射辐射的计算过程。以太阳能集热器运行期间倾斜面接收最大辐射量为求解目标,借助MATLAB对集热器倾... 详细信息

为了使太阳能集热器获得更多的太阳辐射量,须对集热器倾角进行优化。文章在建立倾斜面太阳辐射计算模型的基础上,分别优化直接辐射、散射辐射的计算过程。以太阳能集热器运行期间倾斜面接收最大辐射量为求解目标,借助MATLAB对集热器倾角进行优化分析,得到月度最佳倾角和年度最佳倾角。其中天津地区的太阳能集热器年度最佳倾角为36.3°,比当地纬度略小;月度最佳倾角为10~64°,表现为夏季小冬季大的特点。相较于水平放置,在年度最佳倾角和月度最佳倾角下,太阳能集热器接收的年太阳辐射量可分别增加12.4%,17.3%;相较当地纬度作为倾角时,以月度最佳倾角值逐月调整接收的太阳辐射量可增加5.0%。分别以广州、拉萨、济南和长春为例,计算得到上述地区的年、月最佳倾角。对不同地区进行对比分析发现,直接辐射占比较高的地区逐月改变最佳倾角可获得更高的能量增益。

关键词：太阳辐射模型集热器最佳倾角设计优化

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微生物菌剂对潮土区金丝小枣枣园减施氮肥的效应研究

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北方园艺 2019年第2期 30-35页

作者：张旺林姜奎年张智英张连水李雅静刘全凤沧州市林业科学研究所河北沧州061001 沧县园林绿化局河北沧州061000 黄骅市农业局河北沧州061100 沧州旺发生物技术研究所有限公司河北沧州061001 沧州市农林科学院河北沧州061001

以微生物菌剂为试材,采用田间小区试验的方法,研究了微生物菌剂对土壤-金丝小枣-肥料系统中各指标的影响变化情况,以期为该地区金丝小枣科学减施氮肥提供参考依据。结果表明:在施用微生物菌剂的前提下,氮肥施用量降至常规施氮量的80%(48... 详细信息

以微生物菌剂为试材,采用田间小区试验的方法,研究了微生物菌剂对土壤-金丝小枣-肥料系统中各指标的影响变化情况,以期为该地区金丝小枣科学减施氮肥提供参考依据。结果表明:在施用微生物菌剂的前提下,氮肥施用量降至常规施氮量的80%(480kg·hm^(-2))时,土壤的供氮能力最强,脲酶活性达到422mg·kg^(-1),土壤碱解氮含量为90mg·kg^(-1),产量为9 153.00kg·hm-2,增产率达到了17.71%;氮肥的偏生产能力较高,比对照(CK)增加了6.11kg·kg^(-1);金丝小枣的品质较好,单果质量为5.655g,可溶性总糖含量达24.43%,维生素C和可滴定酸含量差异不显著;枣浆烂病和裂果病发病率也较低,比对照(CK)分别下降了16.82、6.89个百分点。

关键词：微生物菌剂潮土减施氮肥

模糊综合评价法评估盐渍化潮土区温室番茄减量施氮效益

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北方园艺 2018年第16期 150-154页

作者：刘全凤王译萱齐立学曹金锋孙强赖德强沧州职业技术学院沧州市农林科学院河北沧州061001 沧州市农牧局农业环境保护和土壤肥料站河北沧州061001 河间市农业局河北沧州062450

以番茄为研究对象,采用模糊综合评价法,建立了包括社会、经济和生态环境3个方面共7项指标的多因素二级评价指标体系,定量评价不同施氮处理(不施氮(N_0),施氮150kg·hm^(-2)(N_1),施氮300kg·hm^(-2)(N_2),施氮450kg·hm^(-2)(N_3),农户... 详细信息

以番茄为研究对象,采用模糊综合评价法,建立了包括社会、经济和生态环境3个方面共7项指标的多因素二级评价指标体系,定量评价不同施氮处理(不施氮(N_0),施氮150kg·hm^(-2)(N_1),施氮300kg·hm^(-2)(N_2),施氮450kg·hm^(-2)(N_3),农户习惯施氮量600kg·hm^(-2)(N_4))对温室番茄种植的社会效益、经济效益、生态环境效益以及综合效益的影响,以期为沧州盐渍化潮土区温室番茄种植提供最优施氮量。结果表明:只考虑社会效益时,N_0、N_1和N_2处理均达到良好效果;仅考虑经济效益时,N_2处理的评价值最高;只考虑生态环境效益时,N_0处理对生态环境的影响最小;将社会效益、经济效益、生态环境效益三因素综合考虑时,综合效益最高的是N_2,综合效益最差的是N_4处理。

关键词：盐渍化潮土温室番茄氮肥用量效益评价

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光伏直驱的太阳能跨季节储热系统试验研究

可再生能源 2023年第9期41卷 1181-1187页

作者：王恩宇程永昌张学友沈海笑王予河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室天津300401 天津市清洁能源利用与污染物控制重点实验室天津300401

针对太阳能跨季节储热系统中存在控制复杂、电耗较高等问题,文章设计一种光伏直驱的太阳能跨季节储热系统,并搭建试验平台,探究不同工况下系统电、热性能。结果表明,光伏直驱的太阳能跨季节储热系统运行无需控制系统及市电消耗,光伏电... 详细信息

针对太阳能跨季节储热系统中存在控制复杂、电耗较高等问题,文章设计一种光伏直驱的太阳能跨季节储热系统,并搭建试验平台,探究不同工况下系统电、热性能。结果表明,光伏直驱的太阳能跨季节储热系统运行无需控制系统及市电消耗,光伏电池通过影响水泵输入功率来控制系统流量,系统在2.45 m^(2)光伏电池驱动下,于辐照度420 W/m^(2)时启动。辐照度小于750 W/m^(2)时,流量变化趋势与辐照度变化趋势相同;大于750 W/m^(2)时,流量趋近稳定。该系统晴天与多云天太阳能储热率分别为35.68%和29.12%,较温差控制式系统分别高6.56%和7.29%,光伏利用效率分别为78.60%和86.01%。集热/储热流量比的变化对系统性能影响较小,应关注水泵启停辐照度的合理优化设计及蓄电池等储能装置的加入。

关键词：太阳能储热跨季节储热光伏直驱光伏泵变流量

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带反射板的热管真空管集热系统研究

带反射板的热管真空管集热系统研究

作者：王予河北工业大学

学位级别：硕士

在“双碳”的大背景下,太阳能集热器的发展呈现出上升态势,目前我国以真空管集热器为主,如何在提高集热能力的同时降低集热成本是现阶段太阳能集热器研究的重要目标。本课题以热管真空管集热器作为研究对象,以试验和模拟相结合作为研究... 详细信息

在“双碳”的大背景下,太阳能集热器的发展呈现出上升态势,目前我国以真空管集热器为主,如何在提高集热能力的同时降低集热成本是现阶段太阳能集热器研究的重要目标。本课题以热管真空管集热器作为研究对象,以试验和模拟相结合作为研究方法,研究不同结构类型的反射板对集热器集热能力的影响,最终提供一种低成本、高效率的反射板类型。课题首先进行试验部分的工作,针对无反射板的集热器进行变参数试验,研究了流量、倾角等参数对集热器集热量的影响,为后续有/无反射板的集热器热性能测试提供一个理论的流量和倾角参考。针对带波纹型、平面型、波纹平面型、反向波纹型反射板和无反射板的集热器分别在多云和晴天的天气下进行热性能测试,结果表明,无论是多云还是晴天条件下,反向波纹型反射板在任意时刻对集热器集热量提高效果最小,波纹平面型反射板次之,波纹型和平面型反射板在不同时刻对集热器集热量提高效果不同。带波纹型、平面型、波纹平面型和反向波纹型反射板的集热器日集热量在多云天相比无反射板分别提高26.50%、25.50%、16.54%和5.51%,在晴天分别提高25.19%、24.04%、14.87%和7.88%。以供水温度和总面积为基准拟合归一化温差下有/无反射板的集热器瞬时集热效率曲线,得出波纹型、平面型、波纹平面型和反向波纹型反射板使集热器瞬时集热效率截距分别增加了10.37%、8.94%、4.15%和1.24%。基于TRNSYS软件建立热管真空管集热系统模型,并针对测试下的太阳辐照量与有/无反射板的集热器集热量进行小时、日和月验证。结果表明,太阳辐照量的小时、日和月相对误差最大分别为7.99%、7.95%和5.03%。集热量的小时、日和月相对误差最大分别为9.46%、4.17%和7.41%,所有的模拟结果的相对误差均低于10%,所建立的集热系统模型可靠。通过研究不同集热面积对集热器年集热量的影响,得出带波纹型、平面型、波纹平面型和反向波纹型反射板的集热器年集热量相比无反射板时分别提高34.12%、22.16%、18.95%和7.90%。在考虑反射板建设和水泵电耗成本下,当无反射板的集热器集热总面积为280 m且寿命周期为15年时,带波纹型、平面型和波纹平面型反射板的集热器费用年值相比无反射板分别节约了16.34%、11.40%和1.73%,带反向波纹型反射板的集热器费用年值相比无反射板提高2.91%。针对带波纹型反射板的热管真空管集热系统进行系统参数优化和反射板结构优化,结果表明,280 m集热面积下流量为5525 kg/h、倾角为27°、方位角为20°和温差循环上、下限为3/8℃时,集热器达到最佳工作状态。波纹型反射板在折角为150°时是最佳的低成本且高效率的反射板结构,在集热器寿命周期为15年下相比优化前费用年值降低5.20%,比无反射板降低20.68%。

关键词：太阳能热管真空管集热器反射板 TRNSYS 优化

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太阳能-土壤储热方式的研究

能源与节能 2023年第9期 1-5页

作者：王恩宇张鑫樊海鹰于浦张学友沈海笑河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 怀安县住房和城乡建设局河北怀安075000 河北工业大学(张北)产业技术研究院河北张北075000

太阳能-土壤储热是解决地源热泵热源不足问题的重要措施。储热方式不同,集热量、储热量和储热能效比也不同。实验结果表明:当日总辐照量由10 MJ/m^(2)增加至30 MJ/m^(2)时,直接储热模式下日均集热效率由0.4747增长至0.5021,日总储热量由... 详细信息

太阳能-土壤储热是解决地源热泵热源不足问题的重要措施。储热方式不同,集热量、储热量和储热能效比也不同。实验结果表明:当日总辐照量由10 MJ/m^(2)增加至30 MJ/m^(2)时,直接储热模式下日均集热效率由0.4747增长至0.5021,日总储热量由63.10 k W·h增长至208.90 k W·h;间接储热模式下日均集热效率由0.3598增至0.5072,日总储热量由53.53kW·h增长至195.81kW·h;当日总辐照量高于13.94MJ/m^(2)时,间接储热模式下日均热损率大于直接储热模式日均热损率,且差值逐步增大;直接储热模式日均储热能效比随日总辐照量变化但维持在35以上,而间接储热模式的日均储热能效比范围为15.54~17.28;直接储热模式在张北县更加适用,可以有效提高系统在非供热季的运行效率。

关键词：太阳能土壤储热储热模式

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光伏直驱的太阳能跨季节储热系统研究

光伏直驱的太阳能跨季节储热系统研究

作者：程永昌河北工业大学

学位级别：硕士

我国北方地区供暖需求较大,太阳能资源丰富,太阳能跨季节储热技术作为一种高效利用太阳能的可再生能源利用技术受到市场青睐。为解决现有系统大量消耗市电和启停温差控制复杂的问题,本文提出了一种光伏直驱的太阳能跨季节储热系统,将光... 详细信息

我国北方地区供暖需求较大,太阳能资源丰富,太阳能跨季节储热技术作为一种高效利用太阳能的可再生能源利用技术受到市场青睐。为解决现有系统大量消耗市电和启停温差控制复杂的问题,本文提出了一种光伏直驱的太阳能跨季节储热系统,将光伏直驱技术应用于太阳能跨季节储热系统中。本文搭建了光伏直驱的太阳能跨季节储热试验系统,对晴天与多云天的系统电、热性能进行测试与分析,探究集热/储热流量比对系统性能的影响。试验结果显示,试验所用直流水泵由2.45 m光伏电池直接驱动,于辐照度420 W/m时启动,并在超过750 W/m时稳定运行,晴天系统的热性能较多云天好,集热效率、储热效率及太阳能储热率分别比多云天气高19.59%、2.13%、22.01%,集热/储热流量比的变化对该系统热性能的影响较小。基于TRNSYS及MATLAB联合仿真平台构建了系统仿真模型并进行模型准确性验证。结果表明建立的仿真模型均方根变异系数在15%以内,能较精确的反映系统的实际工作状态。运用正交方法对系统进行模拟研究,得到集热器总面积、集热器倾角、系统循环流量及光伏电池容量等因素对系统热、电性能的影响程度及最优参数组合方案。在上述参数组合依次为30.00 m、40°、1.00 m/h以及560 W时系统太阳能储热率最高。另外,通过模拟计算确定10 Ah蓄电池最适合本系统应用,在一个储热季内可使系统多运行6.63%的时间。有蓄电池系统的全年储热量增加了1 329.33 k W·h,增加了11.12%,其集热效率和太阳能储热率分别增加了3.83%和3.77%,平均光伏利用效率增大了15.17%。加入蓄电池后,对集热器总面积的需求有一定程度的降低。以无蓄电池系统的储热量为基准,计算得到每向土壤储存1 MW·h的热量,有蓄电池的系统所需的集热器面积为2.26 m,无蓄电池的系统所需的集热器面积为2.51 m,降低了10%的需求。依托一个集热器总面积280.00 m的太阳能跨季节储热系统,对比分析了有无蓄电池的两种光伏直驱式方案与传统控制式方案的结构、性能差异以及其经济性、环保性,结果显示,光伏直驱式方案较传统控制式方案结构简单,储热能力强。根据模拟数据对比,有无蓄电池的光伏直驱式系统在20年寿命期内总储热量分别较传统控制式系统增加了5.93%和2.51%,单位储热量成本分别降低了216.58元/MW·h和215.64元/MW·h,减少了37.82%和37.66%的资金投入,运行电耗分别节约了941.48 MW·h和942.62 MW·h,减少了938.61 t和939.75 t二氧化碳排放。综上,本文提出的光伏直驱的太阳能跨季节储热系统储热能力强,经济环保,其中带有蓄电池的光伏直驱式方案更适合推广应用。本文研究工作可为光伏直驱的太阳能跨季节储热系统的推广应用提供有益的参考。

关键词：太阳能跨季节储热光伏直驱 TRNSYS-MATLAB仿真方案对比经济性分析

严寒地区太阳能土壤储热-地源热泵供热系统运行策略的研究

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严寒地区太阳能土壤储热-地源热泵供热系统运行策略的研究

作者：左春帅河北工业大学

学位级别：硕士

严寒地区太阳能土壤储热-地源热泵供热系统(SSS-GSHP供热系统)应用研究较少。在严寒地区推广清洁能源供热缓慢的背景下,SSS-GSHP供热系统与严寒地区地温较低但太阳能资源丰富的特点相适宜,值得进一步研究推广。SSS-GSHP供热系统主要由... 详细信息

严寒地区太阳能土壤储热-地源热泵供热系统(SSS-GSHP供热系统)应用研究较少。在严寒地区推广清洁能源供热缓慢的背景下,SSS-GSHP供热系统与严寒地区地温较低但太阳能资源丰富的特点相适宜,值得进一步研究推广。SSS-GSHP供热系统主要由太阳能和地热能两种清洁能源实现供能。本文对系统建设所在的地气候条件和地质条件进行了详细勘测与调研,表明在当地使用SSS-GSHP供热系统非常适宜,并对SSS-GSHP供热系统以节能环保为理念进行设计与建设。本文着重对SSS-GSHP供热系统的运行策略进行了对比分析。在非供热季进行集热储热试验,通过改变集热(储热)启/停控制条件研究其对集热(储热)性能的影响,并运用验证后的模型类比试验系统进行更加详细全面的集热(储热)控制条件对比分析。结果表明:在选择集热(储热)启/停控制条件时,要同时兼顾效率和能效比;地温受储热控制条件的影响较大,当储热启/停控制条件由45℃/5℃变为25℃/5℃时,非供热季结束时的地温由11.41℃变为12.65℃;太阳能直接储热方式在节能效果上明显优于太阳能间接储热。在供热季,运用供热季典型试验数据验证模型,选取热泵机组设定温度和末端(地源)循环泵频率(流量)为研究对象。首先进行SSS-GSHP供热系统在不同循环泵频率(流量)和热泵(HP)设定温度下的性能影响研究,运用TRNSYS模型对供热季热泵设定温度和循环泵频率(流量)进行供热季全时段运行策略优化与供热季分时段运行策略优化,指出了大循环泵频率(流量)小热泵设定温度的优化方向。整个供热季全时段优化运行策略的优选工况为38℃/47Hz;供热季分时段优化运行策略的优选工况为37℃/47Hz(供热季前期)、39℃/44Hz(供热季中期)和37℃/41Hz(供热季后期)。SSS-GSHP供热系统在分时段优化运行策略和全时段优化运行策略(38℃/47Hz)下进行整个供热季的运行性能对比,结果表明:分时段优化运行策略下SSS-GSHP供热系统节能效果明显,更加有利于系统长期高效稳定的运行,且分时段优化运行策略在供热量与供热季时间段分配上更加合理。最后,运用费用年值法对SSS-GSHP供热系统和电采暖系统经济性对比发现,SSS-GSHP供热系统在示范阶段和成熟阶段的费用年值分别为8.88万元和3.39万元,而电采暖系统费用年值为3.41万元。若是SSS-GSHP供热系统建设费用降低到现在的60%,其经济性优于电采暖系统。

关键词：太阳能土壤储热地源热泵供热系统启/停控制条件运行策略

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户用相变蓄热电锅炉供暖系统性能模拟研究

中国科技期刊数据库工业A 2024年第9期 0081-0086页

作者：黄运兴于浦孙卓群王恩宇河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 河北工业大学(张北)产业技术研究院河北张家口076450 国网综合能源服务集团有限公司北京100032

为探究相变蓄热电锅炉系统用于北方农居单户供暖的系统性能,本文以河北省张家口市某农居的相变蓄热电锅炉供暖系统为研究对象,利用TRNSYS软件搭建了相变蓄热电锅炉供暖系统仿真模型,模拟预测了相变蓄热电锅炉供暖系统的供热能力和经济... 详细信息

为探究相变蓄热电锅炉系统用于北方农居单户供暖的系统性能,本文以河北省张家口市某农居的相变蓄热电锅炉供暖系统为研究对象,利用TRNSYS软件搭建了相变蓄热电锅炉供暖系统仿真模型,模拟预测了相变蓄热电锅炉供暖系统的供热能力和经济性。研究表明:一个供暖季(152天)内,户用相变蓄热电锅炉供暖系统在全谷电蓄热运行的条件下,系统供暖不保证天数共计9天,系统的供暖天数保证率为94%。系统一个供暖季的总供热量为12790kW·h,单位面积总供热量为0.43GJ/m2。相变蓄热箱的蓄放热效率为86%,相变蓄热箱承担的供热量占系统总供热量的37%。系统一个供暖季的总耗电量为16459kW·h,其中谷电耗电量占系统总耗电量的95%,供暖能效比为0.78。在享受当地政府的相关补贴政策后,系统一个供暖季的运行成本为28元/m2;对于仅需要热源改造的用户而言,系统费用年值为38元/m2,投资回收期为4年。

关键词：相变蓄热电锅炉供暖农居谷电 TRNSYS软件