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1、第卷第期阳能学报一,后,戒月砚为年月、文章编号之妈刃《仪珍公卜汉太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析刘艳峰,王登甲西安建筑科技大学,西安以巧摘要通过分析太阳能采暖系统所需蓄热量与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式。根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量变化规律并对各种蓄热温差下对应的蓄热水箱容积进行了模拟分析,结果表明太阳能采暖系统所需蓄热量随太阳集热器的集热量与建筑热负荷之间的差值增大而增加蓄热水箱容积随
2、蓄热温差增大而减小,当蓄热水温达到℃时,在各种地面采暖系统取水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积趋于相等。关键词太阳能采暖蓄热水箱热负荷集热量蓄热温度中图分类号二飞巧十文献标识码引言理论分析我国建筑能耗约占总能耗的,在一些严寒主动式太阳能采暖蓄热水箱容积由采暖系统所地区,该比例可达约仁',其中北方城镇采暖能耗需的最大蓄热量以及蓄热温差来决定,系统所需最占全国城镇建筑总能耗的,为建筑能耗的主要大蓄热量又由集热器的太阳能集热量波动规律及建组成部分〔'」。开发和使用可再生能源,是解决能源筑热负荷波动规律来决定。危机
3、的有效途径。我国大多数采暖地区太阳能资源对集热器有效太阳能集热量大于采暖建筑热负丰富,而利用太阳能采暖是一项符合可持续发展战荷的时刻,几进行积分,可得最大蓄热量为略的技术。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,而设置热量蓄调装置是解决卜丁〔口·`小。·〕此问题的必然途径。利用蓄热水箱对热量进行蓄调根据文献〕最大蓄热量又可表示为是一种简便易行的技术,文献「」给出了蓄热水箱容口、二夕、,一积的限制条件,文献「〕给出了蓄热水箱温度分层的由式、可得,蓄热水箱容积为数学模型,为蓄热水箱容积的确定奠定了理论基
4、础。「丁'〔。一口〕`但对太阳能采暖系统蓄热水箱容积的确定方法及运行调节方案,国内尚未见有系统的研究。尸,、,一本文拟通过对拉萨、西宁、银川、西安太阳辐射式中,,—集热器有效太阳能集热量,及建筑热负荷日变化规律、太阳能采暖系统所需蓄,—采暖建筑热负荷,,—蓄热水箱容热量模拟研究分析,以期得到以上城市在不同蓄热积,时了,—水箱平均水温,℃—采暖系统供水箱平均温度与采暖系统供水温度下,单位太阳能水温度,℃尸—水的密度,岁,、—水的比热集热器面积所需蓄热水箱容积的变化规律以及太阳容,·。能采暖实际工程中单位集热器面积所
5、需蓄热水箱容根据文献〕,集热器有效太阳能集热量口。积的推荐值,为该方面设计提供依据。可表示为收稿日期以〕一基金项目国家自然科学基金通讯作者刘艳峰一,男,工学博士,教授,主要从事太阳能采暖方面的研究〔12期刘艳峰等太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析。。·`·,讨的模拟计算,得出个城市的建筑热负荷日变化规式中,。—太阳辐射强度,耐`—集热律,见图。器面积,,仇,—采暖期集热器平均效率,根据经一拉萨西'犷恻摄械沙嫂蟒里日一银川验值取一尹〕。一西安采暖建筑逐时热负荷口,由室外气象条件及围护结构热工条件来决定,亦可通过数值
6、模拟得到。八为保证室内温度恒定,系统供热量需等于建筑热负荷,根据文献「口、■时刻式中,—系统水流量,—水比热容,·■—采暖系统供、回水温差,℃。图各城市典型日太阳辐射强度根据文献厂」,集热器面积〔可表示为日毛拉萨口一一卜,西宁下厂一一一。叩`”妈创稼藕缤沙老式中,—太阳能采暖保证率,,,—蓄热水箱和管路的热损失率,取值为一。为便于研究,定义为单位集热器面积所需蓄热水箱容积,耐时。、时刻卜模拟分析图各城市典型日建筑热负荷己嗯石伟三由拉萨、西宁、银川、西安太阳辐射强度条件计模拟对象热工条件为建筑体形系数。外算得出太阳
7、能集热量曲线。对以上个地区利用墙传热系数时·屋顶传热系数软件模拟得出建筑热负荷曲线。利用软衬·内墙传热系数耐·外门传热系件对以上曲线进行拟合积分,得到典型日有效太阳数为,·外窗传热系数耐·能集热量和建筑热负荷拟合曲线规律及累积值,利南向窗墙面积比。窗帘从早上时开启直到晚用理论分析中各式可计算得出各地区单位集热器面上时,其余时间均关闭室内采暖温度为℃。积所需蓄热水箱容积与蓄热温差之间的关系。需说由图可见,建筑热负荷在早上约时达到最明的是该研究是对典型日进行模拟分析,要想得出大值,下午约时为最小值由于西宁、银川室内外
8、整个采暖期的变化规律,需对整个采暖期进行模拟日温差大,而拉萨、西安室内外日温差相对较小,故分析,方法相同。西宁与银川的建筑热负荷波动幅度接近且大于拉萨太阳辐射强度与西安。根据软件生成的气象数据,以上个城市蓄热水箱容积典型日太阳辐射强度逐时值如图所示。从图可利用图中的太阳辐射强度计算得出太阳集热知,太阳辐射强度在下午约时达到最大值拉萨器集热量。利用吨。软件分别拟合出集热量和
