高海拔高辐照地区太阳能供暖系统集热器阵列优化研究

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1、高海拔高辐照地区太阳能供暖系统集热器阵列优化研究OptimizationDesignofCollectorFieldofSolarHeatingSysteminHighAltitudeandHighIrradiationArea工程领域：环境工程作者姓名：杜晓羽指导教师：由世俊教授企业导师：张昕宇研究员天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月万方数据万方数据摘要太阳能供暖系统的使用越来越广泛，对于大型太阳能供暖系统来说，集热面积大、集热器数量多，集热器的排布方式及流量的选择对集热器阵列集热量及经济性都有很大影响，需要对此进行研究。本文首先采用控

2、制容积平衡法建立了太阳能平板集热器热性能模型，用Matlab软件编程，对方程进行求解，在输入太阳辐照度、室外空气温度、集热介质进口温度以及集热介质流量后，可计算出集热介质出口温度以及集热器效率和集热量等参数。然后，在不同工况下，对平板集热器进行了热性能的实验测试，将实测得到的集热量与Matlab程序计算出的集热量进行对比，最大相对误差为9.3%。此外，还进行了集热器阻力测试实验，在其他条件相同的情况下，测试了在不同流量下运行时，集热器两端的压降，并且利用实验数据拟合出不同流量下集热器压降计算公式。最后，针对拉萨地区某太阳能供暖工程，将整个供暖区域

3、按供暖负荷和供暖半径分为12个独立的供暖系统。以供暖季太阳能保证率90%为前提，集热器连接方式为串-并联方式，以每组集热器串联个数、每个集热器组内流量、集热器并联组数为设计变量，分别以集热器阵列的费用年值和系统耗电量为目标函数，对集热阵列进行了优化。以费用年值为目标函数时，优化后各供暖系统集热阵列2的费用年值为18.98~21.84元/m；以系统耗电量为目标函数时，各供暖系统耗电量为5371~10822kWh。关键词：太阳能，集热器阵列，排布，优化I万方数据II万方数据ABSTRACTApplicationofsolarheatingsystem

4、isgettingincreasinglybroad.Forlargescalesolarheatingsystem,thenumberofsolarcollectorislarge,sotheconfigurationofsolarcollectorsandthechoiceofrateofflowhavegreatinfluenceonsolarheatcollectionandeconomyofthesystem.Itisnecessarytomakeastudyonthisissue.Firstly,adetailedmathematic

5、almodelofcommonplatesolarcollectorwasbuiltandaMatlabprogrammingwaswrittentosolvetheequations.Theoutlettemperature,heatingcollectionandtheefficiencyofcollectorcanbecalculatedbytheprogrammingafterinputtingsolarirradiance,outdoorairtemperature,rateofvolumeandinlettemperature.Sec

6、ondly,theexperimentofthermalpropertyofcollectorwasconductedunderdifferentconditions.Theexperimentdatawerecomparedwithsimulationresultsandthemaxrelativeerroris9.3%.Inaddition,thepressuredropexperimentwasconductedandthepressuredropformulawasfittingwiththeexperimentdata.Finally,

7、aimingatasolarheatingprojectinLasa,thewholeheatingareawasdividedinto12independentheatingsystemsaccordingtoheatingloadandheatingradius.Onthepremiseof90%solarfraction,thecollectorfieldswereoptimized.Thedesignvariableswerethenumberofcollectorsinseries,thenumberofrateofflowinever

8、ycollectorseriesandthenumberofcollectorseries.Andtheobjectivefunctio