太阳能热水器、集热器热性能测试系统设计及应用

摘要

太阳能热利用行业第一部强制性国家标准GB26969-2011《家用太阳能热水系统能效限定值及能效等级》即将实施。太阳能热水器制造企业需建立CNAS认可的实验室，对太阳能热水器能效系数进行测试;太阳集热器是太阳热水系统中最重要的组成部分，其热性能的好坏直接影响整套热水系统，因此对其进行热性能的测试和评价成为研究热水系统的基础。
　　 本文在分析家用太阳热水系统热性能和太阳集热器热性能测试原理和方法的基础上，依据家用太阳热水系统和太阳集热器的相关国家标准对家用太阳热水系统热性能和太阳集热器热性能测试系统进行了测试软件设计和试验装置设计。主要研究工作为:
　　 详细分析了太阳能热水器热性能试验对试验装置的要求，设计了一套试验系统，该系统由两个环路组成，即供水（回水）环路和混水环路。试验系统设备的配置和系统管道的连接能同时满足不同标准的试验要求。
　　 采用安捷伦数据采集仪对温度传感器、总日射表、风速仪和流量计输出的模拟信号进行采集，经A/D转换后通过RS232串行口传输给计算机，由计算机进行数据处理，得到试验数据。数据采集仪的转换精度和各传感器的测量精度均达到国标要求。
　　 设计了两级温度控制系统，利用大容量的空气能水箱来稳定初级温度，初级温度控制精度为±1℃。使用带积分分离的PID控制器控制次级加热器的通断，当测得的温度值与设定值的偏差较大时使用PD控制，偏差较小时使用PID控制以减小静差，使贮热水箱进水口处水的温度漂移控制在±0.2℃以内。
　　 开发了太阳能热水器热性能和太阳能集热器热性能测试软件，介绍了测试软件的整体设计思路及各功能模块的作用。对日有用得热量、平均热损因数、单天热性能、瞬时效率和时间常数等试验的试验方法做了详尽的说明，同时还重点给出了各个试验的工艺流程图及软件的实现过程。测试软件能自动进行数据采集、存储、分析和处理并生成试验报告，具有友好的人机界面。提高了测试过程的自动化水平。
　　 对排水法模块、瞬时效率模块和时间常数模块进行了调试，验证模块的正确性;利用测试系统在满足国标要求的试验条件下做了混水法试验、贮热水箱热损试验和单天热性能试验，并说明了能效系数的计算方法。得到的热性能试验数据可作为家用太阳热水系统和集热器设计的依据，为提高家用太阳热水系统和集热器的质量指明方向。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题的研究背景及意义

1．3 国内外研究状况

1．4 本课题的主要内容

第二章 太阳能热水器热性能测试系统的总体结构

2．1 系统结构

2．2 系统的功能

2．3 本章小结

第三章 参数的测量与控制

3．1 数据采集仪器

3．2 温度测量

3．3 太阳辐照度的测量

3．4 风速和流量的测量

3．5 试验数据的读取

3．6 温度控制

3．6．1 温度控制子系统的特性与控制方案

3．6．2 积分分离PID控制方法

3．6．3 温度控制系统的硬件结构设计

3．6．4 温度控制子系统的软件设计

3．7 本章小结

第四章 热性能测试系统软件设计

4．1 测试软件的界面设计

4．2 混水法试验模块

4．3 排水法试验模块

4．4 平均热损因数实验模块

4．5 单天热性能实验模块

4．6 稳态瞬时效率试验模块

4．7 时间常数模块

4．8 参数配置和传感器校准

4．9 本章小结

第五章 试验分析

5．1 太阳能热水器热性能

5．1．1 日有用得热量试验分析

5．1．2 平均热损因数试验分析

5．1．3 太阳能热水器能效系数

5．2 单天热性能试验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文的总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文情况

声明