严寒地区工业厂房太阳能采暖设计及运行模拟

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1、硕士学位论文严寒地区工业厂房太阳能采暖设计及运行模拟DESIGNANDRUNNINGSIMULATIONOFTHESOLARHEATINGSYSTEMFORINDUSTRIALPLANTSINCOLDAREA陈涌波哈尔滨工业大学2009年6月国内图书分类号：TU832.17学校代码：10213 国际图书分类号：697密级：公开工学硕士学位论文严寒地区工业厂房太阳能采暖设计及运行模拟硕士研究生：陈涌波导师：谭羽非教授申请学位：工学硕士学科：供热、供燃气、通风及空调工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学-ClassifiedIndex:TU832.1

2、7U.D.C:697DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDRUNNINGSIMULATIONOFTHESOLARHEATINGSYSTEMFORINDUSTRIALPLANTSINCOLDAREACandidate：ChenYongboSupervisor：Prof.TanYufeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Heating,GasSupplying,Ventilating&Environ.Eng.Affiliation：SchoolofMun

3、icipal&Environ.EngDateofDefence：June,2009Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位摘要受市政热力供应设施的制约，严寒地区工业厂房普遍以利用传统化石燃 料，自备热源的采暖方式为主，其能源利用效率低下且在利用过程中还会带来 生态环境破坏问题。针对北方工业厂房采暖要求较低且我国太阳能资源丰富的 特点，本文研究工业厂房利用太阳能采暖，保证生产所必需的温度要求。 针对严寒地区工业厂房采暖用能的特点，基于能量守恒原理，构建了太阳 能采暖系统模型，包括太阳辐射计算模

4、型、集热器模型、负荷模型、辅助热源 模型及控制模型等。设计了大庆天能公司工业厂房太阳能采暖系统，确定了厂房设计温度及配 热系统方式、太阳能集热器类型及其定位、蓄热水箱容积与保温设计、辅助热 源和系统运行控制、防冻防过热控制等；详细阐述了如何确定太阳能采暖系统 集热器面积，通过建立太阳能保证率和集热面积之间的关系模型，根据系统经 济性确定系统的最佳集热面积及最佳太阳能保证率。通过对工业厂房太阳能采暖系统的测试运行分析，在测试期间利用太阳能 基本能够满足厂房的采暖要求。分析系统在测试期间的能耗情况，由于集热器 安装倾角、电辅助加热器安装位置以及蓄热水箱容积等不合理因素的影响，导 致测试期间系统

5、太阳能保证率较低。根据测试结果，优化了系统设置。利用MATLAB编写程序模拟太阳能采暖系统在采暖季的动态运行工况， 分析系统能耗状况并与测试数据进行对比；通过改变系统太阳能集热器面积以 及水箱容积，分析各关键组成部件对系统能耗的影响；针对蓄热水箱普遍存在 温度分层现象，利用多节点法建立水箱分层模型，并对比完全混合水箱状态下 的系统能耗，得出温度分层对系统能耗的影响。最后，分析系统投资及运行费 用，获得系统最佳太阳能集热器面积及保证率。本文建立工业厂房太阳能采暖系统数学模型，设计大庆天能公司太阳能采 暖系统并对其进行测试运行及模拟计算，为工业厂房太阳能采暖系统的设计及 运行管理提供了参考。关

6、键词：严寒地区；工业厂房；太阳能采暖系统；温度分层；运行模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位AbstractLimitedtothemunicipalheatingfacilities,industrialplantsincoldregions alwaysusetraditionalfossilfuelsasthemainheatingsource.It’salwayslowin energyefficiencyandwouldleadtoenvironmentandclimatewarmingproblems. Asindustrialplantsrequiringlowertempe

7、ratureandsolarenergyresourcesisrich inourcountry.So,wedecidedtotakesolarheatingsystemtomaintaintherequired temperatureinthefactoryplants.Inallusiontoheatingsystem’scharacteristicsinindustryplants,basedonthe princ