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一种集中太阳能热水系统优化设计研究

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目录

摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 太阳能与能源问题

1.1.2 我国太阳能资源概况

1.1.3 太阳能热水

1.1.4 国内外太阳能热水系统研究现状

1.1.5 集中太阳能热水系统目前存在的问题

1.2 课题研究目的

1.3 课题主要研究内容

2 集中太阳能热水系统

2.1 集中太阳能热水系统在西安地区的可行性分析

2.1.1 规范要求

2.1.2 太阳能利用价值评估

2.1.3 稳定性

2.2 集中太阳能热水系统

2.3 太阳热水系统的分类及分析

2.3.1 按太阳能与其他能源关系分类

2.3.2 按换热介质分类

2.3.3 按系统循环动力分类

2.3.4 按系统运行方式分类

2.3.5 按集热设备与热水存贮水籍位置关系分类

2.3.6 太阳能热水系统类别选取分祈

2.4 太阳能热水系统的组成及分析

2.4.1 太阳能集热器

2.4.2 贮热水箱

2.4.3 辅助热源

2.4.4 换热设备

2.5 集中太阳能热水系统布局分析

2.5.1 太阳集热器间的连接方法选用分析

2.5.2 集热器与遮光物或集热器前后排间距

2.6 本章小结

3 一体式系统建模与集热面积计算参数优化

3.1 模型建立

3.2 集热器面积计算

3.2.1 直接式太阳能热水系统

3.2.2 间接式太阳能热水系统

3.3 参数优化

3.3.1 冷水温度tL

3.3.2 入住率λ

3.3.3 集热器平均集热效率ηcd

3.3.4 太阳能保证率f

3.4 本研究模型优化太阳能集热面积

3.5 本章小结

4 建筑模型供热管网优化

4.1 供热系统理论分析

4.2 供热环节管网优化分析

4.2.1 建筑内部压降偏小

4.2.2 建筑内部压降偏大

4.2.3 各单元所需压强不均

4.3 供热系统计算

4.3.1 建筑内部热水设计秒流量

4.3.2 供热管网水力计算

4.4 计算编程

4.4.1 初始条件的设定

4.4.2 运行程序

4.4.3 管网优化程序流程

4.5 建筑模型计算

4.5.1 模型计算

4.5.2 结果分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 集热环节

5.2 供热环节

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

声明

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摘要

目前,关于集中太阳能热水系统的研究较多,但都是以单元划分(即有几个单元就有几个集中太阳能热水系统),且多是热水存贮水箱设在建筑顶端的直接式系统;而将多个单元结合成一套一体式间接式集中太阳能热水体统的相关设计、研究较少。本研究旨在建立相关研究模型对上述一体式系统进行研究。
  首先,研究和分析了集中太阳能热水系统的背景、意义,以及该系统在西安地区的适用性;其次,结合西安地区特点分别从系统分类、组成和布局三个方面进行研究和分析;最后,建立一体式太阳能热水系统研究模型,分别从集热环节和供热环节两个方面展开研究分析,探求系统优化设计方法。
  集热环节,主要采用理论计算和TRNSYS软件模拟两种方法,对集中太阳热水系统集热面积计算中一些影响参数(如冷水计算温度、入住率、太阳能保证率等)的取值进行研究分析,探究如何实现集热面积最优;供热环节,主要运用理论分析和编程计算等方法对管网进行研究分析,优化供回、水管路管径,精确计算管路压降,再以热回水管路压降线为控制线,调整主干管上接出的各支干管节点后压力,最终实现管网优化,从而确保供热管网的正常运行。
  研究表明:参数优化后计算出的集中太阳能集热面积更为合理;引进入住率概念后,一体式系统比单元式系统运行更稳定;全年使用系统的冷水计算温度按年度平均环境温度取值更合理;入住率概念的引入和冷水计算温度的优化提高了系统的太阳能保证率;采用编程计算的管网优化方法很好的解决了供热管网循环流量计算反复且繁琐的问题,提高了计算精度,解决了供热循环管路不畅的问题。

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