抛物槽式太阳能集热器及其供热水系统研究

【摘要】：随着常规能源短缺和环境污染的日益严重,太阳能得到了越来越广泛的应用。抛物槽式太阳能集热器具有反射聚光作用,同时能够跟踪太阳光线,所以利用其可以产生中高温热水。该集热器目前主要应用于太阳能发电或者其它工业领域,但其在民用热水领域的应用还是鲜有报道的。根据民用热水的需求特点及经济性要求,本文提出了一种无跟踪抛物槽式太阳能集热器热水供应系统。首先对集热器的工作原理和光学性能进行了分析,计算得到当太阳光线垂直于抛物槽开口入射时集热器的光学聚光比为0.8~10。搭建了集热器性能实验测试平台,研究了集热器倾角和方位角对其集热性能的影响,实验结果表明在天津地区该集热器的最佳倾角为40°,最佳方位为正南方向。同时进行实验测试得到了该无跟踪抛物槽式太阳能集热器的瞬时效率和日集热效率。利用TRNSYS软件对该太阳能集热供热水系统进行了模拟优化研究,结果表明倾角为40°时集热器获得的年太阳辐射量最大。当水箱容积和集热器面积的配比增大时,系统的年集热效率和年太阳能保证率都会随之增大,但是当该配比增大到一定值时,二者都基本不再变化。供水温度每提高10℃,系统年集热效率会降低1%,年太阳能保证率会降低5%~8%。用户用水负荷每增加10L,年太阳能保证率降低约5%,系统集热效率提高1.5%。当连接管长从5m增加到25m时,系统年集热效率和年太阳能保证率分别下降5%和6%。设计了一套应用于实际供暖工程的无跟踪抛物槽式太阳能热水系统,对其进行了实验测试,结果表明高寒期室内温度达到18℃的时候比较少,末寒期室内温度每天在12:00~16:00基本可以达到18℃。对该工程进行了经济效益和环保效益分析,指出本集热器系统相对于其它类型的集热器具有一定的优势。 【关键词】：无跟踪 抛物槽式 太阳能集热器 TRNSYS 热水系统
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 太阳能供热水系统的研究现状13-14
• 1.3 抛物槽式太阳能集热器的应用现状14-15
• 1.4 抛物槽式太阳能集热器的研究现状15-18
• 1.4.1 集热管16-17
• 1.4.2 抛物槽反射面17-18
• 1.4.3 跟踪装置18
• 1.5 研究内容18-20
• 第二章 无跟踪抛物槽式太阳能集热器的工作原理及光学性能分析20-30
• 2.1 无跟踪抛物槽式太阳能集热器的组成20-22
• 2.2 无跟踪抛物槽式太阳能集热器的工作原理22-24
• 2.3 无跟踪抛物槽式太阳能集热器的光学性能分析24-28
• 2.4 小结28-30
• 第三章 无跟踪抛物槽式太阳能集热器性能实验研究30-42
• 3.1 实验研究方法30-31
• 3.2 实验装置31-33
• 3.3 集热器倾角对其集热性能的影响33-35
• 3.3.1 倾角与理论最佳值偏差 10°时的集热器性能33-34
• 3.3.2 倾角与理论最佳值偏差 20°时的集热器性能34-35
• 3.4 集热器方位角对其集热性能的影响35-37
• 3.4.1 方位角与理论最佳值偏差 10°时的集热器性能35-36
• 3.4.2 方位角与理论最佳值偏差 20°时的集热器性能36-37
• 3.5 无跟踪抛物槽式太阳能集热器的性能实验测试37-40
• 3.5.1 瞬时效率37-39
• 3.5.2 日集热效率39-40
• 3.6 小结40-42
• 第四章 无跟踪抛物槽式太阳能集热供热水系统的模拟优化研究42-54
• 4.1 太阳能集热供热水系统仿真模型的建立42-44
• 4.1.1 仿真模拟软件42-43
• 4.1.2 系统仿真模型的建立43-44
• 4.2 模型的校验44-46
• 4.2.1 太阳能集热系统仿真模型的建立44
• 4.2.2 模拟参数的选择44-45
• 4.2.3 模拟结果和实验结果的对比45-46
• 4.3 太阳能集热供热水系统的模拟优化研究46-52
• 4.3.1 集热器倾角和方位角对系统性能的影响46-49
• 4.3.2 水箱容积和集热器面积的配比对系统性能的影响49-50
• 4.3.3 供水温度对系统性能的影响50
• 4.3.4 用水负荷对系统性能的影响50-51
• 4.3.5 连接管长对系统性能的影响51-52
• 4.4 小结52-54
• 第五章 无跟踪抛物槽式太阳能集热器实际供暖工程应用测试54-66
• 5.1 供暖工程设计54-58
• 5.1.1 工程概况54-55
• 5.1.2 气象参数55
• 5.1.3 采暖设计参数55-56
• 5.1.4 抛物槽式太阳能集热器阵列设计56-58
• 5.1.4.1 太阳能集热器位置和连接方式的设计56
• 5.1.4.2 集热器面积计算56-58
• 5.2 测试系统与方案58-59
• 5.3 运行效果分析59-64
• 5.3.1 高寒期运行效果59-61
• 5.3.2 末寒期运行效果61-62
• 5.3.3 供暖季气象情况对供热效果预测62-64
• 5.4 小结64-66
• 第六章 无跟踪抛物槽式太阳能集热器实际供暖工程的效益分析66-74
• 6.1 经济效益分析66-71
• 6.1.1 评价指标66-68
• 6.1.1.1 净现值66-67
• 6.1.1.2 能源平均成本67-68
• 6.1.1.3 成本回收期68
• 6.1.2 系统经济性分析68-71
• 6.1.2.1 工程初投资68-69
• 6.1.2.2 经济性分析69-71
• 6.2 环保效益分析71-73
• 6.2.1 节约标准煤量71-72
• 6.2.2 污染物减排量72-73
• 6.3 小结73-74
• 第七章 结论74-76
• 7.1 结论74-75
• 7.2 进一步研究工作建议75-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果80-82
• 致谢82

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