居住建筑太阳能热水系统高效热利用方法研究

摘要

生活热水能耗在居住建筑中占有很大比重，为了降低生活热水能耗，国家正大力推广可再生能源在热水器中的应用。其中，太阳能热水器是目前技术最成熟、应用最广泛的可再生能源技术。尽管如此，要保证太阳能热水器每天都能提供所需生活热水，仍然需要消耗大量的辅助能源。因为在冬季或阴雨天，太阳辐射量远远不能满足加热生活所需热水量，就需要采用电能、燃气等能源进行辅助加热。传统的太阳能热水系统辅助加热时通常都是将整箱水加热到所需温度，这样就会需要消耗大量能源。另一方面，维持热水箱的水温也需要消耗能源，从而降低了太阳能热水器的节能效率。
　　本文针对冬季或阴雨天太阳能热利用中存在的上述问题，提出了居住建筑太阳能热水系统高效热利用方法。其方法是在太阳能热水器中安装一个智能控制系统，用户只需依据天气预报判断当天天气等级，智能系统就可以自动计算出当天的制热水量，并智能控制水箱水位，使热水达到设定温度。当预测的水量不够用时，可自动调节水量，辅助热源只用加热不够用的那部分水量。根据上述思路开发了居住建筑太阳能热水系统智能控制程序，并研制了基于该程序的智能控制器。
　　通过室外实验对提出的控制方法在太阳能热水器中的应用可行性和预测制热水量的精度进行了分析研究，结果表明:使用本方法能够有效提高冬季和阴雨天的太阳能热水温度，获得高品质热水;预测制水温的偏差可保证在5℃以内，不影响用户正常使用。本研究还对提出的居住建筑太阳能热水系统高效热利用方法的应用效益进行了分析，结果表明:使用本方法优化后的电辅助太阳能热水器与传统太阳能热水系统相比具有明显的经济、节能和环保效益。以南宁为例，每年节能率达30％以上，而且在太阳能资源偏少的地区（比如重庆），所获得的节能效益会更明显。从而可言，本研究提出的太阳能热水系统高效热利用方法在居住建筑中具有很高的推广应用价值。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 研究意义及创新点

1．3．1 研究意义

1．3．2 创新点

1．4 研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．5 技术路线与论文结构

1．5．1 技术路线

1．5．2 论文结构

第2章 我国居住建筑太阳能热水系统热利用现状

2．1 我国太阳能资源分布特征

2．1．1 太阳能资源随时间的分布特征

2．1．2 太阳能资源随天气的分布特征

2．1．3 太阳能资源空间分布特征

2．2 居住建筑太阳能热水系统热利用现状

2．3 太阳能热水系统热利用中存在的问题

2．4 本章小结

第3章 居住建筑太阳能热水系统高效热利用方法

3．1 居住建筑太阳能热水系统高效热利用方法构建

3．1．1 系统构成

3．1．2 工作原理及系统功能

3．2 高效太阳能热水系统智能控制程序及组成

3．2．1 显示器控制程序

3．2．2 水温控制程序

3．2．3 水位控制程序

3．2．4 循环水泵控制程序

3．2．5 辅助加热控制程序

3．3 太阳能热水系统集热量及制热水量预测方法

3．3．1 数据获取及数据库整理

3．3．2 太阳辐射等级与天气等级的对应关系

3．3．3 集热量与制热水量预测与计算

3．4 高效太阳能热水系统智能控制器

3．4．1 智能控制器线路设计

3．4．2 智能控制器操作与显示

3．5 本章小结

第4章 高效太阳能热水系统实验验证

4．1 实验设计

4．1．1 实验场地

4．1．2 实验目的

4．1．3 实验测试系统

4．2 实验测试

4．2．1 测试内容

4．2．2 测试仪器

4．2．3 测试过程

4．3 实验结果与数据分析

4．3．1 实验结果

4．3．2 可行性分析

4．3．3 预测精度分析

4．4 本章小结

第5章 居住建筑太阳能热水系统高效热利用方法效益评价

5．1 应用效果分析

5．2 节能效益分析

5．2．1 三种热水器年平均能耗

5．2．2 三种热水器年能耗对比分析

5．3 经济效益分析

5．3．1 三种热水器成本分析

5．3．2 三种热水器在居住建筑全生命周期中的经济效益对比分析

5．3．3 优化前后电辅助太阳能热水器在寿命周期内的经济效益对比分析

5．4 环保效益分析

5．4．1 优化前后太阳能热水器年平均减排量

5．4．2 优化前后太阳能热水器年平均减排量对比分析

5．5 本章小结

6．1 主要结论

6．2 未来展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果

攻读硕士学位期间参与的科研项目