长沙市太阳能热水系统补水方式优化与节能效益分析

【摘要】：可再生能源逐步替代常规能源是世界发展的趋势。太阳能集热技术可以利用太阳能满足生活热水、采暖、供电等多种需求,是运用可再生能源的重要技术手段之一。 本文根据长沙地区的气候特点,分别利用TRNSYS和数值计算公式确定太阳能集热系统设计参数。结合工程实例,利用数值分析,确定该系统的供水方式。基于传统的即时补水模式,建立数值模型,分析系统在集热器面积为设定值时,不同贮热水箱体积对贮水温度、水温波动、集热器平均集热效率、贮热水箱贮存效率以及太阳能保证率的影响,并进一步分析了水箱容积率对系统太阳能保证率的影响。然后根据即时补水模式的缺点,提出比例补水方式,通过比较分析得出比例补水方式在减小水箱水温波动和水箱体积方面有显著的优越性。并基于两种补水模式,对系统进行全年性能分析,在水箱体积、集热器面积和设定水温一定的情况下,对比分析两种补水方式下的太阳能保证率,集热器平均集热效率和贮热水箱贮存效率。由分析结果可知,对于热用户来说,采用比较合理的补水模式对于提高太阳能热水系统的保证率、集热器平均集热效率和贮热水箱贮存效率有重要作用。 在以上研究基础上,本文将不同几种补水方式的太阳能热水系统与其他几种能源形式的热水系统在节能效益、经济效益和环境效益三个方面进行了比较分析。经济方面采用动态年费用值法,环境方面主要考虑系统的污染物排放量和二氧化碳减排量。并探讨了太阳能保证率对不同能源形式的热水系统年运行能耗的影响。 由研究结果表明,在长沙地区气候特点下,采用比例补水并以天然气为辅助热源的太阳能热水系统经济效益最好,能耗相对较低,系统因节能减排对环境保护其积极作用。 【关键词】：太阳能热水系统 方位角 最佳倾角 太阳能保证率 节能效益 经济效益 环境效益
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU822;TU18
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 背景9
• 1.2 国内外太阳能热利用研究现状9-16
• 1.2.1 国外太阳能热利用研究现状9-10
• 1.2.2 国内太阳能热利用研究现状10-12
• 1.2.3 长沙市太阳能资源概况12-14
• 1.2.4 长沙市太阳能产业发展现状14-15
• 1.2.5 长沙市太阳能热利用前景15-16
• 1.3 主要研究内容与目标16-17
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 目标16-17
• 第二章 太阳能热水系统及应用17-25
• 2.1 太阳能热水系统分类17-18
• 2.2 太阳能热水系统特点18-21
• 2.2.1 各种强制循环热水系统的组成与特点18-20
• 2.2.2 自然循环太阳热水系统20-21
• 2.2.3 直流式太阳热水系统21
• 2.3 太阳能热水系统在建筑中应用方式分析21-25
• 2.3.1 多层住宅22-23
• 2.3.2 高层住宅23
• 2.3.3 别墅23-25
• 第三章 长沙市太阳能热水系统设计参数确定25-39
• 3.1 长沙地区各朝向太阳能辐照量分析25-26
• 3.2 长沙地区太阳能集热系统设计用气象参数26-27
• 3.3 长沙地区太阳能集热器最佳方位角计算27-28
• 3.4 长沙地区太阳能集热器最佳倾角计算28-34
• 3.4.1 斜面上直射辐照量I_(Dθ)28-30
• 3.4.2 斜面上散射辐照量I_(dθ)30
• 3.4.3 地面上反射辐射照度I_(Rθ)30-31
• 3.4.4 最佳倾角计算31
• 3.4.5 计算与分析31-34
• 3.5 长沙地区集热器前后排间距的确定34
• 3.6 工程实例设计参数确定34-37
• 3.6.1 设计参数35
• 3.6.2 热水系统负荷计算35-36
• 3.6.3 设计小时耗热量计算36
• 3.6.4 太阳能集热系统设计36-37
• 3.7 本章小结37-39
• 第四章 基于补水模式下的太阳能热水系统优化39-57
• 4.1 太阳能热水系统数学模型39-42
• 4.2 用水模式的确定42-44
• 4.3 典型即时补水模式下太阳能热水系统性能分析44-49
• 4.3.1 典型即时补水模式分析44-45
• 4.3.2 典型即时补水模式下环境工况分析45-46
• 4.3.3 贮热水箱体积对集热性能的影响46-48
• 4.3.4 V_(st)/A_c对太阳能热水系统保证率的影响48-49
• 4.4 太阳能热水系统补水模式的优化49-53
• 4.4.1 补水模式优化的数值模型49-51
• 4.4.2 两种补水模式对比分析51-53
• 4.5 系统全年优化分析53-54
• 4.6 本章小结54-57
• 第五章 太阳能热水系统节能效益分析57-70
• 5.1 节能效益分析57-60
• 5.2 经济效益分析60-63
• 5.2.1 系统经济分析目标函数60-61
• 5.2.2 不同能源形式热水系统经济效益比较分析61-63
• 5.3 环境效益分析63-68
• 5.3.1 温室效应64-66
• 5.3.2 不同能源形式热水系统污染物排放量66-68
• 5.3.3 环境评估68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 结论和展望70-73
• 6.1 主要结论70-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间主要研究成果79

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