太阳能低温热水地板辐射采暖系统的仿真

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1、6太阳能低温热水地板辐射系统的仿真一绪论1课题研究的目的及意义：（1）在能源与环境问题日益凸现的今天，寻求新的清洁能源已经成为解决该问题的一个重要途径；太阳能作为一种清洁无污染的能源在暖通空调领域得以广泛应用。（2）随着集热技术的发展，太阳能集热器产品的集热效率不断提高，使得以太阳能作为制冷空调的驱动能源从可能变成可行，许多成功的大中型太阳能空调项目近年来逐渐涌现，尤其是太阳能吸收式空调系统的发展颇有优势；然而，这类制冷系统的驱动温度要求一般都较高（75℃以上），这使得不得不以牺牲大的集热面积为代价换取制冷系统要求的驱动温度。（

2、3）近年来，随着低温地板采暖技术的发展，使得太阳能的应用领域进一步拓展，这类系统热源需求温度较低（通常为40-60℃），能够较好与太阳能结合，构成太阳能低温热水地板辐射系统，满足用户供暖需求。2研究现状（1）目前，太阳能低温热水地板辐射系统的研究主要从建立地板辐射采暖的二维偏微分方程入手，在一定假设条件下，建立数值解的边界条件，利用有限差分法进行离散化，然后编写程序进行仿真求解。（2）随着系统仿真技术的发展，各种系统仿真的工具和软件不断更新，为系统仿真提供了便利，尤其MATLAB/Simulink软件，提供对系统进行建模、分析和

3、仿真等许多功能。3课题研究方法及内容本文利用系统仿真工具matlab/simulink对太阳能低温地板辐射采暖系统进行仿真分析，主要研究内容如下：（1）建立太阳能辐射强度逐时值的simulink仿真模型，模拟太阳辐射量的逐时变化规律，并用matlab语言编写了太阳辐射量的逐时计算程序；（2）建立太阳能集热器在非稳态条件下的微分方程，并以此建立了太阳能集热器的simulink动态仿真模型，分析集热器在进口工质温度一定时，出口工质温度的逐时变化规律；（3）建立蓄热水箱在非稳态条件下的微分方程，并以此建立了蓄热水箱的simulink动

4、态仿真模型，分析水箱温度的逐时变化规律；（4）根据地板辐射的平面肋片模型和改进平面肋片模型，编写了稳态条件下地板表面温度和热流通量的计算程序，对其进行稳态仿真，研究影响地板表面温度和热流通量的因素；（5）在假设供暖热负荷按余弦规律变化的条件下，建立了太阳能低温热水地板辐射系统的simulink动态仿真模型，研究了系统在第一天运行时，进出水温度、热负荷及集热器有效能量输出的变化规律。以上介绍了本课题的基本研究内容，下面将针对研究内容中的重要部分作一些具体介绍：二研究内容1太阳能低温热水地板辐射采暖系统图典型的太阳能低温热水地板辐射

5、系统如图2—1所示，主要组成为：太阳能集热系统：太阳能集热器、蓄热水箱等低温热水地板辐射系统：采暖盘管等辅助热源系统：电、燃气、地下水等控制系统：传感器、执行器等图2—1太阳能低温热水地板辐射系统示意图2太阳辐射强度及冬季室外温度的仿真模型（1）太阳辐射强度的仿真模型图3—1太阳能辐射强度逐时仿真模型仿真结果：图3—2太阳辐射强度逐时计算的子系统模型表3—3太阳辐射强度逐时值仿真计算表图3—3太阳辐射强度逐时变化曲线根据以上图表分析可知：在0-5时和19-24时，系统输出的太阳辐射强度为零，这表明saturation模块将负值舍

6、去；在6-18时，太阳辐射强度为正值，并且先增大后减小，在12时取得最大值，其变化曲线具有对称性。为了验证太阳辐射强度逐时值的仿真模型，根据3.1—3.3小节的理论计算公式进行理论计算，结果见表3—4所示,比较分析表3—3和表3—4的太阳辐射强度逐时值，可知最大误差不超过3％，因此可以认为该仿真模型能够反应太阳辐射强度的逐时变化情况。（2）冬季室外温度的仿真模型下面给出冬季一天中，任意时刻的外气温计算式式中，—冬季供暖室外计算日平均温度，℃；—设计日室外气温的波动波幅值，℃；—1天的时间，h；—太阳时，h。图4—4冬季室外逐时温

7、度计算模型3系统仿真（1）基本的仿真思路：分别建立系统各部分的仿真模型，并对各组成部分的特性进行仿真研究，然后通过一定的假设与简化，将各子系统联合为一个整体系统进行仿真；同时，在各组成部分的仿真时，先对系统的规律进行分析，建立其数学模型，依据数学模型建立起仿真模型，然后进行仿真输出，分析结果。（2）太阳能集热器的仿真图4—3太阳能集热器仿真模型计算条件：某一地区1月23日，集热器进口温度为15℃，该地区冬季标准天平均温度为-0.09℃，日室外气温波动幅度即为-8.5℃。集热器的计算参数：集热器单位面积有效热容（kJ/m2·℃）:

8、60.8571集热器热转移因子：0.8752；集热器吸收透过率：0.84集热器单位面积介质的质量流（kg/m2·s）:0.015集热器介质水的定压比容（kJ/kg·℃）：4.1968仿真结果：图4—6集热器出口温度的逐时变化曲线图4—7单位面积集热器的逐时有效能