深圳市高层住宅太阳能热水应用的研究

论文摘要

随着能源紧缺对我国国民经济发展带来的严重威胁,社会各界已开始普遍重视对新能源和可再生能源的开发应用。其中太阳能热水系统堪称技术最为成熟、经济最具竞争力、应用最为广泛、产业化发展最为迅速的太阳能光热利用技术。深圳市经济水平较高,人口密集,对生活热水的需求大;同时地处夏热冬暖地区,太阳辐射资源相对丰富;然而由于高层住宅居多,太阳能热利用难以在深圳推广,因此深圳地区高层住宅太阳能热利用研究具有现实意义。本文对于深圳地区高层住宅一体化太阳能热水系统,通过总结深圳地区太阳辐射及高层住宅的特征来具体探讨确定集热器类型、安装位置、系统形式及一体化方式,为深圳市高层住宅太阳能热水系统的一体化设计提供借鉴。本文结合正交试验方法对不同集热器倾角、方位角及水箱容积与集热器面积配比VAR等主要影响因素进行了模拟计算,总结出了相关主要影响因素对系统单位集热面积年得热量、年平均效率及年平均日温升的影响程度。本文还利用TRNSYS系统仿真软件搭建出了强制循环直接与间接循环系统模型,模拟了深圳地区太阳能热水应用的平均水平;通过软件模拟,确定了深圳地区各典型方位不同水箱容积与集热器面积配比VAR对系统单位集热面积年得热量、年平均集热效率、年平均日温升及水泵年运行时间的影响关系,并通过曲线拟合得出函数关系;以系统寿命周期内最大经济效益为原则,确定了各典型方位下不同价位水箱对应水箱容积与集热器面积最佳配比VAR的关系;通过最优VAR下对应的系统单位集热面积年净节能量、静态增投资回收期、动态增投资回收期及CO2减排效益的分析,确定了不同水箱价位下系统的最大节能潜力与经济性能,为深圳市高层住宅太阳能热水系统集热器安装方位的选择提供借鉴参考;同时确定了深圳地区各典型方位系统日得热量的全年分布情况,为深圳市各典型方位太阳能热水系统供需平衡设计提供借鉴。同时结合深圳市高层住宅屋面一体化太阳能热水系统工程设计实例,通过实测得出了系统在不同气象条件下运行的实际效果,分析并确定了系统的性能特点;此外还确定了集热器对高层住宅屋面隔热性能的改善效果,与阳台、外墙式立面相比,改善效果更为显著,从而进一步证明太阳能热水系统与高层住宅屋面一体化结合的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 全球能源危机和环境污染
• 1.1.2 可再生能源利用
• 1.1.3 太阳能利用
• 1.2 国内外太阳能热水系统应用现状对比
• 1.3 深圳市太阳能利用现状分析
• 1.4 深圳市太阳能热水利用前景分析
• 1.4.1 太阳辐射资源和产业优势
• 1.4.2 政策激励和示范工程
• 1.4.3 高层住宅太阳能一体化问题的提出
• 1.5 本文研究内容
• 2 太阳能热水应用技术的相关理论
• 2.1 太阳能热水应用理论基础
• 2.1.1 集热原理
• 2.1.2 集热效率
• 2.1.3 太阳辐射
• 2.2 集热器相关传热模型
• 2.2.1 性能稳态模型
• 2.2.2 天空辐射
• 2.2.3 对流换热
• 3 高层住宅与太阳能热水系统一体化研究
• 3.1 集热器类型的选择
• 3.1.1 集热器主要类型
• 3.1.2 集热器性能比较
• 3.1.3 集热器类型确定
• 3.2 集热器安装位置分析
• 3.2.1 集热器最佳方位的确定原则
• 3.2.2 集热器安装方位的选择
• 3.3 系统形式的选择
• 3.3.1 系统形式的比较
• 3.3.2 系统形式的确定
• 3.4 一体化方式的确定
• 3.4.1 应用现状
• 3.4.2 屋顶架空构架式
• 3.4.3 阳台构架式
• 3.4.4 一体化形式的确定
• 4 高层住宅一体化太阳能热水系统模拟分析
• 4.1 TRNSYS 模拟软件简介
• 4.1.1 模拟软件特点
• 4.1.2 系统部件模型
• 4.1.3 系统模型
• 4.2 太阳能热水系统热性能优化研究
• 4.2.1 模拟边界条件的确定
• 4.2.2 正交试验方案设计
• 4.2.3 正交试验模拟结果分析
• 4.3 VAR 优化研究
• 4.3.1 系统年度初投资的确定
• 4.3.2 太阳能收益的确定
• 4.3.3 VAR 优化
• 4.3.4 水箱高度半径比优化
• 4.4 系统最优M 值的确定
• 4.4.1 集热面积对系统性能的影响
• 4.4.2 典型方位选取分析
• 4.4.3 系统性能分析
• 4.4.4 系统最优M 值的确定
• 4.5 系统投资回收期的确定
• 4.5.1 静态增投资回收期
• 4.5.2 动态增投资回收期
• 2 减排效益'>4.5.3 CO₂减排效益
• 4.6 系统全年日得热量分布
• 5 高层住宅一体化太阳能热水系统性能实验测试与分析
• 5.1 测试原理与方法
• 5.1.1 测试对象
• 5.1.2 测试内容与方法
• 5.1.3 测试装置及测点布置
• 5.1.4 测试误差分析
• 5.2 测试结果与分析
• 5.2.1 系统平均日效率分析
• 5.2.2 系统垂直方向上温度、流量分布
• 5.2.3 集热器对屋顶隔热性能分析
• 6 成果总结及进一步完善的方向
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 进一步完善的方向
• 6.2.1 关于深圳地区高层住宅太阳能热水应用的深入研究
• 6.2.2 关于测试工作的完善
• 6.2.3 关于气象数据的完善
• 6.2.4 关于软件模拟的完善
• 致谢
• 参考文献
• 附录