太阳能平板型集热器阵列排布优化.pdf

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1、第28卷第14期1842012年7月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28No．14Jul．2012太阳能平板型集热器阵列排布优化魏生贤1，一，李明2，张忠玉1，一，陈光学1，一，时有明1，一，杨慧敏”(1．曲靖师范学院物理与电子工程学院，曲靖65501I；2．云南师范大学太阳能研究所，昆明650092：3．曲靖师范学院云南省高校先进功能材料及低维材料重点实验室，曲靖655011)摘要：为了优化集热器阵列排布便于水平屋顶有限空间的安装，该文建立了

2、日均遮挡模型和太阳辐射模型。利用所建模型研究了集热器阵列排布长宽比与纬度、日均遮挡因子、阵列占地面积、到达集热阵列的太阳辐射量间的关系。结果表明，大型集热器阵列(占地面积>；，500m2)，冬至日口均遮挡因子随阵列长宽比和纬度的增加而增大。长宽比∈[1／10，3／1)时，日均遮挡因子上升较快；长宽比∈【3／1，10／1]时，日均遮挡因子增加平缓。对于占地面积∈【50，1000】m2的集热器阵列，面积越小、日均遮挡因子随长宽比的变化越快。冬半年各月水平面上日均太阳辐射分布情况对到达阵列的太阳辐射量最大对应的最佳长宽比存在较大影响。鉴于太阳辐射分布

3、的影响以及便于工程应用，文中给出了中国不同纬度13个城市5种集热器阵列的最佳长宽比；研究结果可为太阳能集热阵列的排布优化提供参考。关键词：太阳能，优化，模型，集热器阵列，遮挡因子，排布，长宽比doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2012．14．028中图分类号：TK519；TK513．5文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一14～们84一06魏生贤，李明，张忠玉，等．太阳能平板型集热器阵列排布优化[J】．农业工程学报，2012，28(14)：184—189．WeiShengxian,LiMm岛ZhangZ

4、hongyu,eta1．Arrangementoptimizationofflat-platesolarcollectorarrays叩．TransactionsoftheChineseSocietyofAgncultmalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(14)：184—189．(inChillcsewithEne出shabstract)0引言太阳能集热器与建筑一体化设计是太阳能事业和建筑行业发展的必由之路【101。大型太阳能热水系统及太阳能空调系统均需大面积的集热器阵列【3卅。对于安装于屋

5、顶上的集热器阵列，到达其表面的太阳辐射能除受阳光人射角的影响外，集热器阵列的排布方式对其也存在较大影响。若阵列中集热器间距足够大，可避免集热器间的相互遮挡。但对于有限安装面积的建筑屋顶，一味增加集热器间距并不可行p】。针对集热器阵列遮挡问题，Bany和Appelbaumt6-71对相邻集热器产生遮挡的临界条件进行了讨论，给出了相邻集热器遮挡的数学模型。MoustafaME【8J导出了集热器阵列月平均日遮挡因子的数学表达式，并分析了各因素对遮挡因子的影响。翟辉等【5】对平板型真空管集热器阵列的能量收益、最佳间距与纬度间的关联进行了建模分析，给出了

6、集热器最佳间距和当地纬度及集热器倾角的函数关系式。但目前此方面的研究，很少涉及集热器阵列排布长宽比的优化问题，严重影响了集热系统对太阳能的接收。因此有必要对太阳能集热器阵列的排布问题建立模型，进行深入的系统研究。本文在建立模型的基础上，收稿日期：2011-08．28修订日期；2012-06-06基金项目：国家自然科学基金项目(50966004)：NSFC．云南联合基金重点项目(u1137605)；高等学校博士学科点专项科研基金(20095303110001)；云南省高校先进功能材料与低维材料重点实验室建设项目；教育部长江学者和创新团队发展计划资

7、助作者简介：魏生贤(1979一)，男．云南粱河人，副教授，博士．从事太阳能热利片j的研究工作。曲靖曲靖师范学院物理与电子工程学院，655011。Emaihpvtsxwei@sohu．tom利用国标GB50364--2005规定的集热器阵列最小排间距D。。【9】和文献[10】的太阳辐射数据，对中国不同纬度13个城市全年使用的5种不同占地面积集热器阵列排布的长宽比与纬度、日均遮挡因子、集热阵列面积、到达集热阵列的太阳辐射量间的关系进行了研究。通过计算分析，给出了不同纬度不同集热阵列的最佳长宽比，以期为太阳能集热阵列的排布优化提供参考。1到达集热阵列

8、的太阳辐射量的计算模型1．1集热器的遮挡模型图1为水平面上南向集热器阵列前排集热器对后排集热器的遮阳示意图。鼓。上；．4力必41-器兜发，Ill；D，