复合式太阳能供热系统研究

论文摘要

随着我国经济的发展,人们对建筑舒适性的要求不断提高,建筑能耗快速增长,建筑用能占全社会能源消费量的比例已接近30%。在建筑能耗中,供热采暖用能约占45%,并且传统的供热方式是采用高品质的燃料化学能满足低品质能量的需要,是建筑节能的重点领域。太阳能作为一种清洁的可再生能源,是人类可以长期依赖的重要能源之一,利用太阳热能为建筑物供热,既满足能质匹配的原则,又能获得非常良好的节能和环境效益。针对太阳能供热的特点,本文提出了太阳能与人工能源互补的复合式太阳能供热技术,弥补了传统的太阳能利用方式中分散性、间断性和不稳定性的缺点。首先,在太阳辐射理论计算的基础上,建立了倾斜面上的太阳辐射强度数学模型,对集热器进行了优化分析,建立了冬季北半球南向倾斜面平均最佳倾角的数学模型；从能量利用角度出发,依据了热力学第一定律和第二定律,从能量的数量和质量结合上,对复合式太阳能供热系统的主要部件进行了热力学分析,建立了合理、全面的评价方法,利用评价指标分析了各种因素对节能效果的影响。其次,以某一典型工程为例,利用上述理论分析,进行了复合式太阳能供热系统的优化选择和设计。在设计中,利用DeST软件对建筑物逐时热负荷进行了模拟计算,弥补了以往稳态负荷计算方法的不足；绘制了采暖季日平均建筑物逐时热负荷和集热器有效集热量的波动规律曲线,利用Origin 7.5对曲线进行了拟合,得到波动规律方程；利用逐时热负荷和有效集热量曲线方程在不同时间段内分别积分得到了日均热负荷总量、有效集热总量、最大蓄热量和辅助加热量；利用综合能源价格法对不同的辅助热源方案进行了经济性分析,得出了符合能源的匹配原则的辅助热源方案；从地板构造层材料的热物理性质方面阐述了末端散热系统的蓄热特性；分析了集热系统的运行控制与安全防护控制、太阳能集热系统和辅助热源的工作状态切换控制和供热回路控制,设计了复合式太阳能供热系统的自动控制系统,绘制了系统检测与自动控制原理图。最后,为了验证该系统在实际运行中的性能和特点,搭建了一个实验台,对该系统的运行效果进行跟踪测试和实验研究,分析室外参数对系统运行效果的影响,探讨太阳能供热系统的运行规律及其影响因素,为复合式太阳能供热技术的推广和应用提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 太阳辐射计算理论依据与集热器优化分析
• 2.1 太阳辐射的特点
• 2.2 太阳位置的确定
• 2.3 太阳能辐射强度的计算
• 2.4 太阳能集热器优化分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 复合式太阳能供热系统的热力学分析
• 3.1 太阳能集热器热力学分析
• 3.2 太阳能储热水箱热力学分析
• 3.3 辅助热源热力学分析
• 3.4 末端散热系统热力学分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 复合式太阳能供热系统设计
• 4.1 建筑动态热负荷模拟计算
• 4.2 太阳能集热系统设计
• 4.3 太阳能储热水箱设计
• 4.4 太阳能辅助热源设计
• 4.5 太阳能末端散热系统设计
• 4.6 太阳能控制系统设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 复合式太阳能供热系统实验测试与分析
• 5.1 测试目的
• 5.2 测试装置与测量参数
• 5.3 测点布置
• 5.4 系统性能测试与分析
• 5.5 系统节能效益分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究成果及主要创新点
• 6.2 建议和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况