独栋别墅太阳能供热系统的设计-毕业设计

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1、绪论1.1课题背景及目的新能源的开发与节能是解决能源短缺的两个关键途径，太阳能供热系统因其突出的节能与环保特点而具有广泛和美好的前景。随着经济发展和科技进步，世界能源消费量的大幅度增长，能源和环境成为当今世界突出的两大社会问题。人类社会目前消费的能源，包括建筑用能，主要是煤炭、石油和天然气等石化能源。这些能源，资源有限，不可再生，终究要枯竭。而且传统能源，像煤、石油等，会对环境造成严重的污染。我国的能源消耗量大，利用率低，据统计20世纪80年代我国能源系统总的能源利用率只有30％，比国外先进水平低近20个百分点。而且随着生活水平的不断提高，人们

2、对自己居住环境条件的舒适性要求越来越高，从而造成建筑能源的消耗不断增加，据统计建筑能耗已占社会总能耗的30％～50％，太阳能供热系统在建筑中的应用将成为能源利用可持续发展和节约能源的重要措施之一，人们把能源利用的重点转移到可再生能源的开发和利用上来。太阳能以其取之不尽、廉价、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视，光热、光电、光化学等太阳能利用技术已迅速地发展起来。由于太阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接热利用系统在应用上都受到一定的限制。随着生活水平的提高，热用户对于供热的要求也越来越高，太阳能利用的一些局

3、限性日益显现出来：在太阳辐照时间少的国家和地区，其应用受到很大限制；白天集热板板面温度的上升会导致集热效率下降；而在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现全天候的连续供热，如采用辅助加热方式，势必又要消耗大量的其它能源；其加热周期较长；通常规的太阳热水器需要在房顶设水箱，在夜间气温较低时，储水箱和集热器向外界散热造成大量的热量损失。为克服太阳能利用中的上述问题，人们不断探索各种新的更高效的能源利用技术，太阳能热泵技术在此过程中受到了相当的重视，因其结构简单，工作可靠，效率较高而被广泛采用。因此研究与合理利用太能能热水系统是我国能源开发利用的

4、重要任务。1.2目前研究现状早在20世纪50年代初，太阳能热利用的先驱者Jodan和Therkeld就指出了太阳能热泵的优越性，即可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。随后，日本、美国、瑞典、澳大利亚等发达国家纷纷投入了大量的人力、物力对太阳能进行深入的研究与开35发，在各地实施了多项太阳能示范工程，例如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等，取得了一定的经济效益和良好的社会效益。在能源和环境问题日益严峻的今天，太阳能因其具有显著的节能性和环境友好性，得到了越来越广泛的关注。近年来，土耳其、印度尼西亚等发展中国家也对太阳能热泵进行了大量

5、的研究。在产业化发展方面，美国的SolarKing系列太阳能热泵供热设备以及澳大利亚的Quantum系列太阳能热泵热水器等就是比较典型的产品范例。天津大学、东南大学、青岛建筑工程学院、上海交通大学等先后对太阳能供热系统进行了实验及理论研究，取得了一定的成果。天津大学对串联式太阳能供热水系统进行的实验研究和理论分析表明，该系统可以一年四季可靠运行，向用户提供50℃生活热水，COP达到2.64～2.85（冬天），2.61～3.5（夏天）。青岛建筑工程学院对串联式太阳能供暖系统进行了实验研究，该系统具有多功能调节能力，冬季热泵供暖时热泵机组工作稳定，

6、COP平均值达到2.71，具有明显的节能效果[7]。上海交通大学对直膨式太阳能热泵热水器进行了试验研究，该热水器可全天候提供45～50℃生活热水150L，每天耗电量约为1kW·h（夏）～2kW·h（冬），其分体式结构尤其适合于高层或多层建筑。由于太阳辐射的不连续，在太阳能应用中蓄热是必不可少的。太阳能蓄热根据蓄热量的大小重要分两种：一种为短期蓄热，覆盖需求量的10%-20%，主要用于预热生活水（40%-50%）；另一种为长期蓄热（季节性），蓄热能力可以达到年需求量的50%-80%，可以为房间供暖以及加热生活用水。运用短期蓄热来满足生活热水需求已

7、经开始普及。在欧洲，对太阳能季节蓄热做了大量的研究，并建立了许多实际运用工程。如在德国的Hannover,1350㎡太阳能集热器与2750㎡热水蓄热相结合，可以满足7365㎡供热面积约39%的年供热需求；在Steinfurt，510㎡太阳能集热器与1500㎡砾石-水蓄热相结合，可以满足3800㎡供热面积月34%的年供热需求。在我国也有相关方面的研究，目前碳氢燃料日渐枯竭的严重形势下，开发太阳能更显得优越性。开发太阳能的最大障碍是它受昼夜、季节、阴晴变化的影响，极具不稳定性。克服这一不足并且高效的使用它是摆在各国科学家面前急迫的课题。迄今为止，已

8、获得大量可喜成就就我国而言，在太阳能利用方面也已获得多项成果。例如太阳能热水的推广与普及，被动式太阳房的改造，等等。但就如何保证冬季夜间不断采暖而言，