太阳能富集地区主动太阳能热水采暖蓄热系统优化设计

论文摘要

我国大多数采暖地区太阳能资源丰富,而利用太阳能采暖是一项符合可持续发展战略的技术。要利用太阳能采暖,必须克服太阳能周期性和随机性的缺点,因此研究太阳能蓄热对我国太阳能采暖技术来说,有极其重要的意义,而在太阳能采暖系统中设置热量蓄调装置是解决此问题有效的方法,利用蓄热水箱对热量进行蓄调是一种简便易行的技术,但太阳能采暖系统蓄热水箱容积的确定及运行调节,国内尚未见有系统的研究,鉴于此,本论文对太阳能采暖系统中蓄热水箱做了详细的理论分析及模拟研究。本文通过对拉萨、西宁、银川、西安太阳辐射及建筑热负荷日变化规律、太阳能采暖系统所需蓄热量模拟研究分析,得到以上城市在不同蓄热水箱平均温度与采暖系统供水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积的变化规律,以及太阳能采暖实际工程中单位集热器面积所需蓄热水箱容积的推荐值,为太阳能采暖蓄热系统的设计提供依据。文中首先对太阳辐射及建筑热负荷日变化规律、太阳能采暖系统所需蓄热量进行理论分析得出:蓄热水箱容积与太阳辐射强度变化规律、建筑热负荷变化规律、蓄热温差的关系;得到集热器有效太阳能集热量的计算方法以及公式;建立了居住建筑的热工模型,利用DeST进行动态模拟,得出热负荷变化规律。对太阳能有效集热量及建筑热负荷利用Origin进行曲线拟合,得出逐时值及日总值。根据采暖系统热平衡方程,计算得到采暖系统所需蓄热量,再根据采暖供回水温度以及太阳能集热器出水温度,确定水箱内最佳蓄热温差,计算得出蓄热水箱容积,并对水箱内水温分布情况利用CFD进行了模拟研究。该研究不仅有节能方面的技术意义,更有实际的工程意义。该结论对太阳能采暖设计具有重要的参考价值,为太阳能采暖蓄热系统的设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国建筑采暖能耗现状
• 1.1.2 我国太阳能资源
• 1.1.3 主被动式太阳能采暖系统概述
• 1.2 太阳能蓄热技术概述
• 1.3 太阳能蓄热技术国内外研究现状
• 1.4 太阳能采暖蓄热技术尚存在问题
• 1.5 本文的主要研究内容、目的及意义
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 研究的目的及意义
• 2 太阳辐射得热量
• 2.1 太阳辐射的基本概念和参数
• 2.2 太阳辐射强度的计算
• 2.2.1 晴天日射强度计算
• 2.2.2 任意平面上太阳辐射强度的计算
• 2.3 集热器有效集热量
• 2.3.1 集热器简介
• 2.3.2 集热器面积确定
• 2.3.3 集热器有效集热量
• 2.4 本章小结
• 3 采暖建筑热工模型建立
• 3.1 被动太阳能建筑得热量
• 3.1.1 直接受益式太阳能得热量
• 3.1.2 室外空气综合温度
• 3.2 采暖建筑围护结构热工模型建立
• 3.2.1 外墙
• 3.2.2 外门窗
• 3.2.3 内门窗
• 3.2.4 内墙
• 3.2.5 屋顶
• 3.2.6 地面
• 3.3 房间空气的热平衡
• 3.4 本章小结
• 4 蓄热系统容积分析
• 4.1 蓄热系统简介
• 4.1.1 蓄热介质
• 4.1.2 蓄热水箱
• 4.2 蓄热系统蓄热量及蓄热温度
• 4.2.1 蓄热量
• 4.2.2 蓄热温度
• 4.3 辅助加热系统
• 4.4 蓄热水箱容积确定
• 4.5 蓄热水箱分层研究
• 4.5.1 蓄热水箱分层叙述
• 4.5.2 蓄热水箱分层模型建立
• 4.6 本章小结
• 5 蓄热水箱模拟研究
• 5.1 模拟过程概述
• 5.2 城市气候特征与建筑基本参数
• 5.2.1 所模拟城市气象参数
• 5.2.2 典型日室外温度与太阳辐射强度
• 5.2.3 典型建筑基本参数
• 5.3 建筑热负荷模拟
• 5.4 太阳能辐射强度
• 5.5 集热器面积的计算
• 5.6 蓄热水箱容积的计算
• 5.7 蓄热水箱温度分层模拟
• 5.8 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文的研究结论
• 6.2 未尽的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 图表目录
• 硕士研究生学习阶段发表论文和主要参与研究工作
• 附录