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太阳能采暖有效保证率分析

太阳能学报 2019年第2期40卷 580-585页

作者：蒋婧刘艳峰王登甲刘加平西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 西安建筑科技大学建筑学院西安710055

现行规范给出的太阳能采暖保证率是基于连续稳定采暖,未考虑到被动得热引起的过热以及非连续采暖引起的无效用热等问题。因此不适合于间歇运行的太阳能采暖。据此提出兼顾被动有效得热和主动系统非连续供热的太阳能采暖有效保证率,并给... 详细信息

现行规范给出的太阳能采暖保证率是基于连续稳定采暖,未考虑到被动得热引起的过热以及非连续采暖引起的无效用热等问题。因此不适合于间歇运行的太阳能采暖。据此提出兼顾被动有效得热和主动系统非连续供热的太阳能采暖有效保证率,并给出计算方法。通过模拟分析,得到不同地区太阳能有效保证率的取值范围。相比于传统的太阳能保证率,在不同建筑热需求下,太阳能采暖有效保证率均有不同程度的提升,可实现有限太阳能资源最大化利用。

关键词：太阳能采暖资源分区集热量有效保证率

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大尺寸平板太阳集热器集热效率研究

太阳能学报 2021年第7期42卷 214-219页

作者：王登甲任育超刘艳峰刘加平西部绿色建筑国家重点实验室西安710055 西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院西安710055

平板型太阳集热器集热效率除了与内部结构参数、运行参数等因素有关外,还受集热器外形尺寸大小的影响。通过建立相同集热面积条件下单一大尺寸平板集热器、并联常规平板集热器的三维物理模型,分析了2类集热系统集热效率、集热量、热损... 详细信息

平板型太阳集热器集热效率除了与内部结构参数、运行参数等因素有关外,还受集热器外形尺寸大小的影响。通过建立相同集热面积条件下单一大尺寸平板集热器、并联常规平板集热器的三维物理模型,分析了2类集热系统集热效率、集热量、热损失随尺寸规模的变化关系。发现相同集热面积条件下,相比并联常规平板集热器形式,大尺寸平板集热器集热效率有所增加,约增大4%;但对于常规并联平板集热器,随着并联面积增大其热损失所占比例均有所增大,集热效率也有一定的降低;而对于单一大尺寸平板集热器,随着外形尺寸增大,热损失所占比例降低,且集热效率有所升高。研究结论可对大型平板集热器的尺寸设计提供设计指导。

关键词：太阳集热器集热效率热损失集热量集热面积

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太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析

太阳能学报 2009年第12期30卷 1636-1639页

作者：刘艳峰王登甲西安建筑科技大学西安710055

通过分析太阳能采暖系统所需蓄热量与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式。根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量... 详细信息

通过分析太阳能采暖系统所需蓄热量与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式。根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量变化规律;并对各种蓄热温差下对应的蓄热水箱容积进行了模拟分析,结果表明:太阳能采暖系统所需蓄热量随太阳集热器的集热量与建筑热负荷之间的差值增大而增加;蓄热水箱容积随蓄热温差增大而减小,当蓄热水温达到80℃时,在各种地面采暖系统取水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积趋于相等。

关键词：太阳能采暖蓄热水箱热负荷集热量蓄热温度

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太阳池非对流层分层影响数值模拟研究

山西大学学报(自然科学版) 2016年第3期39卷 528-537页

作者：吴志跃张敏程芳琴张国栋山西大学资源与环境工程研究所国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室山西资源循环与生态环境创新基地

太阳池一般分为三层:上对流层(Upper Convective Zone,UCZ)、非对流层(Non-convective Zone,NCZ)和下对流层(Lower Convective Zone,LCZ),工程实践中非对流层对太阳池的性能影响较大。为了探讨非对流层层数对太阳池性能的影响状况,利用... 详细信息

太阳池一般分为三层:上对流层(Upper Convective Zone,UCZ)、非对流层(Non-convective Zone,NCZ)和下对流层(Lower Convective Zone,LCZ),工程实践中非对流层对太阳池的性能影响较大。为了探讨非对流层层数对太阳池性能的影响状况,利用数值模拟方法,采用有限差分法模拟计算太阳池内的传热过程。计算结果表明,NCZ层数对太阳池性能有重要影响。在UCZ+NCZ厚度不变的条件下,随着太阳池NCZ层数在0-4之间增加,集热量、储热量、热效率分别在2-7月、2-9月、2-9月出现逐渐降低。无NCZ太阳池的最高单日集热量、储热量、热效率分别为264.33 MJ、35 451.17MJ、11.84%,而在含NCZ为4层的太阳池中,分别为237.02MJ、35 294.25MJ、10.72%。而随着NCZ层数的增加,太阳池单日集热量、储热量、平均热效率分别在8-12月、10-1月(次年)、10-1月(次年)出现逐渐升高,无NCZ太阳池的最高单日集热量、储热量、平均热效率分别为144.63 MJ、29863.08MJ、7.85%,而在含NCZ为4层的太阳池中,分别上升到为171.48MJ、32 511.93MJ、8.30%。因此,在构建太阳池时,应考虑NCZ层数对太阳池的影响,根据季节、地域、用途等条件,在3-9月尽量采用无NCZ太阳池,在10-2月(次年)或者昼夜温差较大的荒漠地区则建议采用含NCZ太阳池,而为了充分利用不同太阳池的优势,可以将无NCZ太阳池与含NCZ太阳池串联使用来达到经济效益最大化。

关键词：盐梯度太阳池非对流层集热量热效率

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非对流层数对太阳池性能的影响

可再生能源 2015年第12期33卷 1778-1785页

作者：张敏吴志跃张国栋成怀刚程芳琴山西大学资源与环境工程研究所国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室山西资源循环与生态环境创新基地山西太原030006

盐梯度太阳池是一种兼具集热与蓄热功能的太阳能利用设施。在太阳池的工程应用中,非对流层(NCZ)层数对太阳池性能影响问题十分重要,然而以往对这方面的研究较少。文章通过构建小型太阳池,设置不同的NCZ层数,分析其对太阳能集热和储热性... 详细信息

盐梯度太阳池是一种兼具集热与蓄热功能的太阳能利用设施。在太阳池的工程应用中,非对流层(NCZ)层数对太阳池性能影响问题十分重要,然而以往对这方面的研究较少。文章通过构建小型太阳池,设置不同的NCZ层数,分析其对太阳能集热和储热性能的影响。研究结果显示:随着NCZ层数增加,太阳池集热性能减弱;无NCZ太阳池平均每小时的集热量分别是含有1,2,3层NCZ太阳池集热量的1.11倍、2.52倍和4.03倍,热效率分别是其1.39倍、2.86倍和5.21倍;NCZ层数增加,夜间散热量减小,无NCZ太阳池中,夜间平均散热量是含3层NCZ太阳池散热量的3.56倍。在构建太阳池时,应充分考虑当地的气候条件和实际用途,设置适当的NCZ层数,方可发挥太阳池的最大功效,达到最大经济效益。

关键词：盐梯度太阳池非对流层集热量热效率

平板型太阳能集热器三维动态传热计算模型开发与应用

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建筑科学 2021年第8期37卷 181-188页

作者：李博佳王敏张昕宇何涛中国建筑科学研究院有限公司国家建筑工程技术研究中心北京100013 建科环能科技有限公司北京100013

平板型太阳能集热器热性能受到环境、运行条件和设计因素的共同影响。本文在分析辐照、温度、风速、入射角度等多因素影响的基础上,建立平板型太阳能集热器部件与环境间导热、对流、热辐射等三维动态传热过程计算模型,开发快速差分求解... 详细信息

平板型太阳能集热器热性能受到环境、运行条件和设计因素的共同影响。本文在分析辐照、温度、风速、入射角度等多因素影响的基础上,建立平板型太阳能集热器部件与环境间导热、对流、热辐射等三维动态传热过程计算模型,开发快速差分求解算法并形成软件,应用于平板型集热器的瞬时传热过程分析和全年运行性能预测。通过在人工环境实验系统中进行不同环境条件多工况实验,计算集热效率与实测最大偏差为0.023,相对偏差为4.9%,集热器热性能分析速度和准确度大大提高。软件在考虑风速、入射角度、热惰性等因素后,全年单位面积辐照量4 941 MJ/m^(2)条件下,平板型太阳能集热器的单位面积集热量比依据瞬时效率曲线计算得到的集热量降低11.0%,可更准确地计算集热器在实际环境和运行条件下的热性能,为系统优化设计提供依据。

关键词：平板型太阳能集热器传热模型热性能差分求解集热量

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太阳能集热系统流量优化研究

建筑科学 2014年第6期30卷 72-76页

作者：喻勇高岩张广宇蔺新星高艺珂北京建筑大学绿色建筑与节能技术北京市重点实验室北京100044 北京建筑大学供热供燃气通风及空调工程北京市重点实验室北京100044 中国建筑设计研究院北京100120

通过动态模拟仿真,本文分析了不同流量对太阳能集热系统集热量、水泵电耗的影响。通过实验验证了仿真模型,模拟数据与实验数据有较好的一致性,证明了仿真模型的可靠性。进一步模拟结果表明,太阳能集热系统的集热量会随着流量的增加而增... 详细信息

通过动态模拟仿真,本文分析了不同流量对太阳能集热系统集热量、水泵电耗的影响。通过实验验证了仿真模型,模拟数据与实验数据有较好的一致性,证明了仿真模型的可靠性。进一步模拟结果表明,太阳能集热系统的集热量会随着流量的增加而增加,但是当流量达到40 kg/(h·m2)左右时,流量进一步增加将导致集热量减小。集热系统的最优流量受集热器热性能、太阳辐射、环境温度及水泵控制策略等条件影响。

关键词：太阳能集热系统流量集热量水泵电耗

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新型太阳墙系统热性能研究

新型太阳墙系统热性能研究

作者：孙苏雨婷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在经济高速发展和生活水平逐渐提高的今天,建筑能耗和能源供应的矛盾日益突出。采暖能耗作为我国北方地区建筑能耗的最主要组成部分,其对于节能减排的意义尤为重要。太阳能是一种丰富且洁净的可再生能源,不仅摒弃了传统方式能源紧缺且... 详细信息

在经济高速发展和生活水平逐渐提高的今天,建筑能耗和能源供应的矛盾日益突出。采暖能耗作为我国北方地区建筑能耗的最主要组成部分,其对于节能减排的意义尤为重要。太阳能是一种丰富且洁净的可再生能源,不仅摒弃了传统方式能源紧缺且污染环境的缺陷,而且具有实用性强、可利用度高的优点。太阳墙系统作为太阳能利用技术的一种,能够被动式吸收太阳能为建筑供能,是一种经济性较好的建筑物低能耗采暖解决方法。本文针对现有太阳墙结构日间升温慢、夜间散热多的问题提出一种在流动空腔中加设集热板的新型太阳墙结构,并基于设计的新结构搭建新型太阳墙系统热性能测试实验台,对集热板、空气夹层以及室内温度进行监测,且记录测试期间室外环境参数。通过实验获得的数据,分析新型系统主要结构的温度分布情况、室内热环境和系统的热交换效率。研究发现,新型系统可以快速地将热量输送到室内,室内最大温升速率为3.2℃/h,并且实验房间与对比房间的温差可达3.4℃,与室外平均温度相差11.0℃。在实验测试的基础上,分别建立传统太阳墙系统和新型太阳墙系统的物理模型,并用实验数据验证模型的可靠性。比较发现新型系统比传统系统的热交换效率高且夜间保温性能更优。通过仿真模拟,分析集热板发射率、吸收率、流动空气层厚度和室外环境对太阳墙系统集热性能的影响,发现集热板发射率减小、吸收率增大以及太阳辐射强度和室外温度的升高都能够提高系统的热交换效率。本文的研究工作将为北方建筑冬季供暖方式提供新思路,为太阳墙系统的性能优化和结构比较提供有益参考,并为北方地区既有居住建筑利用太阳墙系统进行低能耗改造提供技术支撑。

关键词：太阳墙系统实验研究模拟研究集热量热交换效率

高层住宅太阳能热水系统性能研究及经济环境分析

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高层住宅太阳能热水系统性能研究及经济环境分析

作者：罗昊敏河北工程大学

学位级别：硕士

伴随我国经济化水平不断提升,开始出现能源供求关系失衡等问题,持续增长的建筑能耗,已经开始制约我国的经济发展,为缓解这一问题,国家开始使用可再生清洁能源。太阳能是清洁无污染能源,可广泛获得且应用形式多样,成为近年来国际上能源... 详细信息

伴随我国经济化水平不断提升,开始出现能源供求关系失衡等问题,持续增长的建筑能耗,已经开始制约我国的经济发展,为缓解这一问题,国家开始使用可再生清洁能源。太阳能是清洁无污染能源,可广泛获得且应用形式多样,成为近年来国际上能源转型的新方向,利用太阳能供给生活热水成为研究学者广泛探讨的节能方向。本文在前人研究成果的基础上,对高层住宅建筑中集中-分散式太阳能热水系统进行研究,首先进行全年仿真模拟,然后进行现场测试,最后对系统经济环境进行研究分析。本文首先利用TRNSYS软件将对天津市某高层住宅建筑集中-分散式太阳能热水系统进行仿真模拟,根据模拟结果可知,全年总集热量为58129k Wh,全年集热效率为41.9%,全年耗电量为5018k Wh。以获得最大集热量、集热效率越高为目的找寻四季的集热器最佳倾角,分别为20、10、40、62,集热量分别为19995k W、22915k W、12805k W、5367k W,集热效率分别为49.5%、58.2%、40.9%、20.8%。并对比集热器在不同季度分别选取其最佳倾角与全年最佳倾角下的系统能耗,可得到每千瓦时集热量由11.5k W升至12.2k W。接下来对上述模拟系统的实际工程进行为期一个月的现场测试,比较测试与模拟数据,验证模拟的准确性。工况一、二分别代表系统在晴天、多云两种典型天气条件下的运行状态,管路一、二为系统中包含的两个循环回路。通过对比两种典型工况下的测试数据,分析太阳能热水系统的运行性能。可得到两种工况下板式换热器平均传热系数分别为2828.54W/(m·K)、2919.05W/(m·K),且换热器出口侧温差较小,换热存在不合理现象;工况一两个并联管路的平均流量分别为1.54 m/h、3.76m/h,管路不平衡率为0.59;两种工况集热器平均集热效率分别为27.25%、30.33%,集热器集热效率受室外温度因素影响较大。最后进行太阳能热水系统经济环境综合分析,该系统的设备初投资为15.42万元,运行投资为10509元,费用年值28621元。其次利用Sima Pro软件进行全生命周期环境影响评价,以CML-IA baseline方法为基础进行环境影响类型的确定,并对系统进行结果特征化与标准化。通过分析可得全球变暖潜值所占的比值最大,高达37.8%。系统全生命周期阶段有生产、运输、使用、废物处理四个阶段,分别占比15.4%、0.1%、92.9%、8.4%。

关键词：太阳能热水系统集热效率集热量仿真模拟生命周期分析