重庆地区夏季太阳能热水应用关键问题研究

摘要

随着建筑节能工作的深入开展以及绿色建筑的推进，太阳能热水系统的应用也越来越广泛。而在太阳能热水系统中，集热器的倾角是影响应用效果较为关键的因素。在目前国家或地方关于太阳能热水系统应用的标准中，一般建议集热器倾角设置为与地理纬度相同或地理纬度±10°。我国幅员辽阔，全国太阳能资源分布迥异，且各地区太阳能资源特征也相差较大，一概而论显然不能很好的适应太阳能热水系统的应用。
　　本文首先综合了几何学、光学的基础理论，集成现有的理论研究成果，对不同时刻、不同朝向、不同倾角下的集热器表面接收的太阳直射辐射、散射辐射、反射辐射进行了理论分析及计算，得到不同时刻、不同朝向、不同倾角的集热器表面的太阳总辐射。在理论分析的基础上，为进一步量化不同条件的集热器表面接收的太阳辐射量，利用Visual Basic6.0中文版编制了太阳辐射计算程序，基于重庆地区典型气象年数据，对该地区正南向的0°~90°倾角集热器表面的太阳辐射开展了全年8760小时的动态分析计算，并对计算结果进行统计分析。统计结果显示，全年集热器表面接收的太阳辐射量最大的倾角为0°，若仅着眼于6、7、8月份，依然是0°倾角下接收的太阳辐射量最大。针对得出的结果与目前标准中相迥异的现象，本文对从重庆地区的太阳能资源中直射辐射所占比重较小等进行了简要探讨。
　　在重庆地区太阳能热水应用逐步广泛的趋势上，调研了重庆地区太阳能热水系统应用的现状，并针对两类系统（家用太阳能热水系统和太阳能集中供热水系统）在重庆地区现有的太阳能资源条件下，开展了太阳能资源的需求与匹配性分析。发现在该地区太阳能资源条件下，在5、6、7、8、9月份两类太阳能系统提供的热水均可以满足热水需求。
　　为对理论分析和实际计算得到的太阳能最佳倾角进行验证，在重庆地区搭建了集热器为全玻璃真空管，集热器倾角为0°、19.5°、29.5°、39.5°的太阳能热水应用试验研究平台，在6、7、8月份的晴天、多云天、阴天、雨天、变化天气共计5种天气条件下分别开展了实验测试研究。并对5种天气条件下的4种倾角太阳能集热系统接收的太阳辐射量，产热水状况（温升、水量），及效率进行了研究。研究发现，6、7、8月份中，0°倾角下，集热器表面接收的太阳辐射量最大，较39.5°倾角下要大约20.4％，6、7、8月份的集热系统的平均效率为59.9%，较19.5°倾角下效率63.1%略低，但0°倾角下水箱中的水温升较其他倾角下高且转化成的热量也较19.5°倾角下大。
　　最后，文章从6、7、8月份重庆地区应用太阳能热水系统的角度看，建议该地区太阳能热水系统的集热器倾角宜为0°。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 太阳能热利用的理论

2.1 地球运动及表面太阳辐射

2.2 进入大气层后的太阳辐射变化

2.3 集热器表面接收的太阳辐射量理论分析

2.4 全玻璃真空管太阳能集热器

3 不同倾角集热器表面接收的太阳辐射量化计算

3.1 问题的由来

3.2 不同倾角集热器表面接收的太阳辐射

3.3 集热器表面接收太阳辐射量计算程序的编制

3.4 程序计算下的集热器表面太阳辐射分析

3.5 本章小结

4 重庆地区太阳能热水系统应用

4.1 重庆地区的太阳能热水应用现状

4.2 重庆地区太阳能资源条件及应用潜力

5 重庆地区不同倾角下的太阳能热水应用的实验研究

5.1 太阳能热水应用实验研究平台的构建

5.2 太阳能热水应用实验测试

5.3 夏季晴天不同倾角下太阳能热水应用效果研究

5.4 夏季多云天不同倾角下太阳能热水应用效果研究

5.5 夏季阴天不同倾角下太阳能热水应用效果研究

5.6 夏季雨天不同倾角下太阳能热水应用效果研究

5.7 夏季变化天气不同倾角下太阳能热水应用效果研究

5.8 重庆地区夏季太阳能热水应用效果分析

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录