同蓄热方式下太阳能烟囱的温升性能

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1、万方数据第29卷第3期2008年3月太阳能学报ACFAENERGIAEg)IARISSIMCAV01．29．No．3M口．．200B不同蓄热方式下太阳能烟囱的温升性能朱丽1，王一平2，胡彤宇2，王俊红2(1．天津大学建筑学院，天津301]072；2．天津大学化工学院，天津300072)摘要：针对太阳能烟囱的不同应用背景，设计不同蓄热方式的实验系统，考察太阳能烟囱内部的温度分布及温升性能。实验结果表明，密闭水体的蓄热方式的温升最大，由于水分蒸发消耗了部分太阳热量，开放水体系统的温升效果最差，多孔材料的加入使集热后的空气温度进一步降低；非蒸发体系中的空气温度沿着主体流动方向存在最大值，蒸发体系中的

2、空气温度分布总体呈上升趋势，但具体变化会因水分蒸发的强弱而不同。温度分布的结果表明为了避免出现集热棚下的热量散失段，需要对太阳能烟囱的结构参数进行优化设计。关键词：蓄热方式；强化蒸发；太阳能烟囱；温度场；湿度场中图分类号：TK511文献标识码：A0引言1实验在众多的太阳能发电系统中，太阳能烟囱对太阳能的利用效率最低，但因其单位电力的投资成本最低uJ，所以自1978年Schlaich教授提出这一概念并于西班牙付诸实施后，国内外的研究者对其热性能和电性能都进行了全面深入的研究[2圳。最早提出的太阳能烟囱直接利用集热棚下的土壤作为蓄热体来实现其昼夜运转[4川，随后，为了得到更稳定的电力输出和较高的集

3、热性能，密闭的水体被放置于集热棚下[8’9]。针对单一电力输出产生的太阳能利用效率低下的问题，研究者将太阳能烟囱拓展至其它应用领域。其中，利用集热棚内的高温和烟囱拔风效应产生的风速强化海水蒸发，用于提高海盐的产量和制备淡水得到了关注m．Il】。由于开放水体的使用，水分蒸发对太阳热量的消耗会对太阳能烟囱内部的温度分布和温升性能产生影响，进而影响浮力驱动产生的空气流动。本文设计了上述每种蓄热方式下的太阳能烟囱系统，实验考察了实际天气条件下系统内部的温度分布和温升性能，并系统分析了水分蒸发所产生的影响。1．1装置集热棚尺寸为0．71m×0．43m×0．18m，采用8mm厚的中空PC阳光板。所用中空P

4、C阳光板上‘下表面间具有空气隔热层，同时空气隔热层中具有许多按一定间距排列的垂直隔断，避免了间隙内大范围的空气环流，从而减少了通过上表面损失到环境中的热量。烟囱为直径50mm，高0．81m的PVC管。为了减少通过烟囱的热量损失，提高烟囱对太阳辐照能量的吸收，PVC管外表面用黑漆喷涂。为减少空气流动阻力，集热棚的安装倾角为80。集热棚下的水槽尺寸为0．60m×0．40m×0．05m，底部包裹保温材料以减少通过地面的热量损失。由于水体深度较小(一般为3—5咖)，对太阳辐照能量的吸收率较低，为提高水体吸收率将水槽底部涂黑。多孔材料为纺织布，依靠铁架支撑悬挂于水池中，以提高水分蒸发面积。图1给出了系统

5、的实景照片和结构示意图。不同的储热材料，土壤、密闭水和开放水体分别被放置在集热棚下方，对应的系统称之为太阳能烟囱土壤系统、密闭水系统和强化蒸发(ASE．AdvancedSolarevaporator)系统。考察多孔材料的加入量对温收稿日期：2006-10-18通讯作者：朱丽(197＆一)，女，讲师、博士，主要从事太阳能利用技术和太阳能建筑一体化的研究azlyl3920679110@tju．edu．m万方数据3期朱丽等：不同蓄热方式下太阳能烟囱的温升性能升和进人烟囱底部的空气饱和度的影响。溶人黑色颜料以提高密闭水体对透过太阳光的吸收能力。多曩《r—7”。一＼、崎?、递壁蚓图1小型太阳能烟囱实验装

6、置Fig．1PhotoandstructureoftheSmaJl-scaleASEsystem1．2测试方法天气条件(如太阳辐照度、环境温度、风速和空气相对湿度)采用计算机自动采集系统实时采集，集热棚下的相关参数(如空气温度、空气湿度、水温或土壤温度)也同时自动采集。太阳辐照度利用硅太阳电池短路电流与辐照度成正比来测量。集热棚下的温度场分布通过测温点的分布来实现，水平方向和垂直方向分别等间距放置3个测温装置。各个测温点的热电阻和太阳电池与SWP系列多路巡检显示控制仪相连，形成RS485网络，再通过RS232一RS485转换器接到计算机的串口，将各路数据传到计算机中。以WIN2000为操作系统

7、利用相应软件构成实时数据采集系统，同时每分钟记录一次数据，历史数据可通过EXCEL查询，并可方便导入各种数学软件进行分析。风速用天津市气象仪器厂生产的DEM6型三杯风向风速表测量，测量时间间隔为30rain。烟囱内的热空气流速采用烟尘示踪法进行测量。相对湿度通过测定的干球和湿球温度进行考察。2结果与讨论2．1土壤系统将水槽中放置厚为5mm的泥土，测量系统的日夜温升性能，图2给出了相应的实验结果。小