空气-水复合集热太阳能供热采暖系统研究与应用

摘要

太阳能供热采暖系统由于在利用太阳能和保护环境等方面的优势，受到了国内外学者的广泛重视。近年来世界各地相继建成很多太阳能供热采暖示范建筑，积累了较为丰富的理论和实践经验。本文对一种新型太阳能供热采暖系统进行了较为深入的研究和探讨。
　　本文设计了一种可以使用空气和水两种工质循环集热的太阳能集热器，集热器内部设置空气和水两种工质流道，它们既可单独循环集热，也可同时循环集热。经计算，该新型集热器成本较低，适合推广应用。为验证集热器的可靠性，在我国的三个地区分别选择生产企业进行试制，并分别进行了测试。测试结果表明，该型集热器的热效率随空气流量、辐照强度、环境温度的增加而增大，在大多数情况下，其热效率可达到50％以上。
　　对某栋示范建筑物内的太阳能供热采暖系统进行了设计、模拟仿真和优化。该系统采暖季白天使用空气循环集热并向室内供暖，多余热量蓄存在卵石蓄热床中，供夜间和阴雨天使用，能量不足部分由常规锅炉辅助热源提供。系统设置太阳能直接供暖、蓄热床供暖、夜间供暖、蓄热和辅助热源供暖五种工作模式。非采暖季时使用水循环向建筑提供生活热水。共设置太阳能集热面积473.2m2，供热采暖面积3458m2。经TRNSYS优化后的系统全年太阳能保证率为53.0%。
　　文中介绍了示范项目施工情况及需注意的问题，并总结了工程经验。太阳能系统检测于采暖季的12月展开。测试数据表明，太阳能集热器在当地12月气候下闷晒温度可达89.1℃；送风管道热损失约占系统总集热量的17%；蓄热床热损失系数为33.3%。太阳能直接供暖工况效果较为明显，白天大部分时间室温可维持18℃以上。12月下半月，系统日太阳能保证率最高值达33.6%，平均值为19.1%。不同类型供暖房间的对比测试表明，无任何供暖措施的房间平均温度维持在8℃左右，太阳能供暖可使房间平均温度提高至12℃，太阳能供暖效果较为明显。

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符号说明

第一章 绪论

1.1背景和意义

1.2 被动式太阳能采暖系统

1.3 主动式太阳能采暖系统

1.4 本文的研究内容

第二章 空气-水复合太阳能集热器的开发

2.1 太阳能集热器设计

2.2 集热器数学模型的建立及模拟分析

2.3 不同环境工况下的集热器运行实验验证

2.4 本章小结

第三章 太阳能复合集热供热采暖系统设计

3.1 设计方案

3.2 基于Trnsys的系统全年模拟

3.3 系统经济技术指标及分析

3.4 本章小结

第四章 太阳能复合集热供热采暖系统的工程实施

4.1 蓄热床分项工程

4.2 集热器安装工程

4.3 空气循环系统工程

4.4 热水循环系统工程

4.5 控制系统工程

4.6 本章小结

第五章 系统测试与分析

5.1 测试内容及仪器方法

5.2 太阳能集热器测试结果

5.3 供热采暖系统测试结果

5.4 南墙试验系统测试

5.5 本章小结

第六章 总结

6.1 研究结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及专利

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