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关中农村不同类型家庭夏季柔性用能负荷多目标优化调度研究

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太阳能学报 2023年第8期44卷 110-118页

作者：刘艳峰杨燕子罗西西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学西安710055

发展农村可再生能源,解决供给随机波动所导致的供需匹配问题至关重要。在经济可行的范围内,现有供需匹配提升作用基本已被发挥至上限,柔性用能负荷调节是从需求侧解决问题的革命性新方法。该文基于关中农村实地调研数据,分析不同类型家... 详细信息

发展农村可再生能源,解决供给随机波动所导致的供需匹配问题至关重要。在经济可行的范围内,现有供需匹配提升作用基本已被发挥至上限,柔性用能负荷调节是从需求侧解决问题的革命性新方法。该文基于关中农村实地调研数据,分析不同类型家庭夏季用能特征,在充分考虑柔性用能负荷的前提下,建立求解以经济性与舒适性为目标的农村家庭柔性用能负荷多目标优化调度模型。结果表明:1)关中农村家庭根据用能特征可分为独居老年家庭(第一类)、三代同堂家庭(第二类)、居家青年家庭(第三类)以及务工青年家庭(第四类)。2)峰谷电价下,第二类家庭负荷调节潜力最大,用电成本削减比例最高为19.5%,不舒适指数增加比例最高为46.3%;第四类家庭负荷调节潜力最小,用电成本削减比例最高为12.3%,不舒适指数增加比例最高为17.8%。3)对于可平移类柔性负荷,第一、二、三类家庭可调节潜力均较大;对于可中断类柔性负荷,第一类家庭可调节潜力最大;对于可削减类柔性负荷,第二类家庭可调节潜力最大。

关键词：需求侧管理多目标优化遗传算法柔性负荷家庭特征 K-均值聚类

光照资源富集区太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同设计优化研究

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太阳能学报 2023年第1期44卷 85-93页

作者：刘艳峰穆婷罗西胡筱雪胡德泽西部绿色建筑国家重点实验室(西安建筑科技大学) 西安710055

针对常规太阳能供热系统优化设计中太阳集热供热站设计与供热管网设计相互分离,供热管网热传输过程中热损失难以精准计算的问题,建立太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同优化模型,以系统全生命周期成本最小为优化目标,采用遗传算... 详细信息

针对常规太阳能供热系统优化设计中太阳集热供热站设计与供热管网设计相互分离,供热管网热传输过程中热损失难以精准计算的问题,建立太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同优化模型,以系统全生命周期成本最小为优化目标,采用遗传算法求解,并通过具体算例与常规优化方法以及工程设计方法的计算结果进行对比分析。结果表明,利用协同优化模型进行太阳能集中供热系统设计,能够有效避免设计系统太阳能保证率偏小以及供热管网比摩阻不满足规范要求的现象。针对具体算例,当太阳能保证率由50%增至100%时,系统最优最低供水温度从60℃降至45℃;随着太阳能保证率的升高,系统单位太阳集热器面积所匹配的储热水箱体积增大,而系统供热管网管径保持不变。

关键词：太阳能太阳集热器区域供热优化设计遗传算法太阳能保证率

基于动态运行策略的太阳能分布式供能系统设计运行联合优化

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太阳能学报 2022年第5期43卷 244-251页

作者：刘艳峰王亚星罗西胡筱雪刘正学西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学西安710055

提出将光伏剩余电量按照可变比例分配给储能电池及市政电网的动态运行策略,建立基于该策略的并网太阳能分布式供能系统设计运行联合优化模型,在不同分时电价下基于遗传算法对模型寻优,并将动态运行策略与对照运行策略(剩余电量优先并网... 详细信息

提出将光伏剩余电量按照可变比例分配给储能电池及市政电网的动态运行策略,建立基于该策略的并网太阳能分布式供能系统设计运行联合优化模型,在不同分时电价下基于遗传算法对模型寻优,并将动态运行策略与对照运行策略(剩余电量优先并网或优先分配储能电池)下的系统运行结果进行比较分析。以陕西某乡村典型民居建筑为例进行分析,结果表明:1)分时电价的峰谷价差较大时,动态运行策略可有效降低太阳能分布式供能系统成本;2)分时电价的峰谷价差对于动态运行策略下储能电池的容量配置具有较大影响:峰谷价差越大,储能电池的配置容量越大;3)光伏度电补贴对3种运行策略下的系统成本影响程度为:动态运行策略>策略B(剩余电量优先分配储能电池)>策略A(剩余电量优先并网)。

关键词：太阳能分布式供能系统设计运行联合优化动态运行策略储能电池遗传算法热电耦合

分层-掺混切换式蓄热水箱热特性实验及评价研究

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太阳能学报 2022年第8期43卷 181-187页

作者：刘凯丽王登甲刘艳峰刘慧西部绿色建筑国家重点实验室西安710055 西安建筑科技大学西安710055

稳定分层、充分掺混是蓄热水箱实现高效供暖和恒温出水2种功能的重要手段。该研究设计一种分层-掺混一体式蓄热水箱,可实现2种功能的有效切换,满足分层高效供暖和恒温生活热水在不同时段、不同季节的灵活需求。搭建一套蓄热水箱热力学... 详细信息

稳定分层、充分掺混是蓄热水箱实现高效供暖和恒温出水2种功能的重要手段。该研究设计一种分层-掺混一体式蓄热水箱,可实现2种功能的有效切换,满足分层高效供暖和恒温生活热水在不同时段、不同季节的灵活需求。搭建一套蓄热水箱热力学特性测试实验系统,利用分层效率、㶲效率等蓄热水箱热性能评价指标,研究不同尺寸、流量、温度下分层-掺混式蓄热水箱的热力学性能及动态响应特征。以125 L的实验蓄热水箱为例,结果表明:在分层模式下,热分层速率、稳定性显著优于常规水箱,㶲效率和分层效率明显提高,㶲效率可达90%以上;在掺混模式下,掺混速度明显提高,分层效率迅速降低到0.10,实现了蓄热水箱的完全混合,结果对分层-掺混双效水箱的开发与应用具有一定指导。

关键词：太阳能热水系统蓄热水箱热分层掺混㶲效率分层效率

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小型太阳能采暖建筑节能性能指标简化计算

太阳能学报 2022年第6期43卷 115-123页

作者：孟祥鑫刘衍王赏玉曹其梦鲁俊忱杨柳西部绿色建筑国家重点实验室西安710055 西安建筑科技大学西安710055

以小型太阳能采暖建筑本体太阳能利用性能指标为研究对象。基于中国1042个城镇1988—2017年间太阳辐射照度及室外空气温度逐时数据,构建符合居住建筑节能设计标准的小型太阳能采暖建筑的太阳能采暖率(SHF)与太阳能得热负荷比(SLR)关系... 详细信息

以小型太阳能采暖建筑本体太阳能利用性能指标为研究对象。基于中国1042个城镇1988—2017年间太阳辐射照度及室外空气温度逐时数据,构建符合居住建筑节能设计标准的小型太阳能采暖建筑的太阳能采暖率(SHF)与太阳能得热负荷比(SLR)关系式。同时,获得全国典型城市计算月透过玻璃的总得热量,为太阳能得热负荷比(SLR)的简化计算提供条件。该研究简化了设计方案初期判断建筑可利用太阳能采暖水平的方法,为建筑一体化设计和助力碳中和战略目标的顺利实施提供了基础支撑。

关键词：太阳能采暖建筑太阳能得热负荷比太阳能采暖率性能指标

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中高密度城市居住区热岛强度计算模型研究

北京大学学报（自然科学版） 2022年第6期58卷 1077-1090页

作者：刘衍李奇杨柳张腾跃刘加平西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学建筑学院西安710055

基于城市热岛效应形成的物理过程,采用解析法求解能量平衡方程,构建城市热岛强度计算模型,为考虑热岛影响的室外建筑热工设计参数修正提供基础模型。该模型包括城市地表能量平衡计算模块和城市冠层能量平衡计算模块两部分。同时,采用全... 详细信息

基于城市热岛效应形成的物理过程,采用解析法求解能量平衡方程,构建城市热岛强度计算模型,为考虑热岛影响的室外建筑热工设计参数修正提供基础模型。该模型包括城市地表能量平衡计算模块和城市冠层能量平衡计算模块两部分。同时,采用全球城市热岛数据集以及西安、伯明翰、麦迪逊和巴塞尔的观测数据对模型进行验证,结果表明,城市地表能量平衡计算模块在郊区自然下垫面(RMSE<1℃)和城市建成区下垫面(RMSE<3.2℃)都具有较高的精度;城市冠层能量平衡计算模块的计算精度较高(RMSE<1.5℃),与同类型模型的计算精度相近,并与实测结果有很好的一致性。采用观测数据验证城市热岛强度计算模型构建过程中仅保留一阶项的合理性(RMSE<0.7℃)。敏感性分析结果表明,城市下垫面参数的敏感性受气候条件影响;气象要素中,风速的敏感性最高。

关键词：城市热岛效应下垫面变迁能量平衡物理模型

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非均匀多孔太阳能新风预热墙热性能实验研究

太阳能学报 2019年第9期40卷 2649-2654页

作者：王登甲高倩刘艳峰刘园刘加平西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学

该新风预热墙是一种兼顾供暖和新风预热需求的太阳能墙体,由渗透型集热板、空气夹层、出风口、保温墙体等组成。通过人工气候室实验测试的方法,分析该太阳能墙系统在不同太阳辐射强度、开孔高度和集热板高度比例、抽吸速度以及渗透孔径... 详细信息

该新风预热墙是一种兼顾供暖和新风预热需求的太阳能墙体,由渗透型集热板、空气夹层、出风口、保温墙体等组成。通过人工气候室实验测试的方法,分析该太阳能墙系统在不同太阳辐射强度、开孔高度和集热板高度比例、抽吸速度以及渗透孔径等工况下各运行阶段集热板、出风口等热性能。结果表明:随着太阳辐射强度、开孔高度和集热板高度比例的增加,系统的热效率和新风温度显著提升,集热效率最高达到75%,最高温升约为15.0℃;并根据风温和风量需求,给出合理的风机抽吸速度和渗透孔径取值,可为太阳能墙体的实际应用提供依据。

关键词：太阳能供暖集热效率实验研究新风预热非均匀多孔

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基于网格寻优算法的太阳能供暖系统匹配优化

太阳能学报 2021年第4期42卷 286-292页

作者：刘艳峰曹彦宾王登甲陈耀文西安建筑科技大学西部绿色建筑国家重点实验室西安710055

传统太阳能供暖系统设计方法可根据建筑能耗计算出系统设备参数,但无法对太阳能供暖系统进行匹配优化。该文提出一种太阳能供暖系统优化设计方法,以系统年净收益为优化目标,根据太阳能供暖系统能量平衡方程等约束条件,利用网格寻优方法... 详细信息

传统太阳能供暖系统设计方法可根据建筑能耗计算出系统设备参数,但无法对太阳能供暖系统进行匹配优化。该文提出一种太阳能供暖系统优化设计方法,以系统年净收益为优化目标,根据太阳能供暖系统能量平衡方程等约束条件,利用网格寻优方法对集热面积和蓄热容量进行优化匹配,并使用TRNSYS软件对模型进行验证。以拉萨地区典型民居为研究案例分析太阳能供暖系统的经济性能。结果表明,该优化方法可对太阳能供暖系统设备参数进行优化,获得最大系统年均净收益;在太阳能保证率一定时,存在一个集热面积和蓄热容量配比,使得系统年均净收益最大。

关键词：太阳能供暖优化经济分析动态模型节能能量不匹配

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太阳能集热系统过热影响因素分析

太阳能学报 2021年第3期42卷 463-468页

作者：刘艳峰李荟婷王登甲陈耀文刘加平西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学西安710055

通过分析太阳能供热系统集热、蓄热和用热各个子系统的动态热量热平衡关系,建立太阳能集热系统热量传递数学模型,并结合集热系统内部流体过热汽化原理,提出集热系统过热度评价指标,并对集热系统在不同流量、水箱容积以及不同连接方式等... 详细信息

通过分析太阳能供热系统集热、蓄热和用热各个子系统的动态热量热平衡关系,建立太阳能集热系统热量传递数学模型,并结合集热系统内部流体过热汽化原理,提出集热系统过热度评价指标,并对集热系统在不同流量、水箱容积以及不同连接方式等条件下的过热程度进行分析计算。结果表明,集热系统过热度随热媒流量、集热器倾角和水箱容积取值的增大而减小,并通过对上述3种因素进行敏感性分析得到集热器倾角对系统过热度的影响最大。

关键词：太阳能供热系统设计敏感性分析影响因素系统过热