太陽能供暖系統(tǒng)的模擬研究
文章來源:未知時(shí)間:2022-01-17
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【摘要】：
能源的過度開發(fā)對(duì)發(fā)展中國(guó)家的環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的污染,太陽能作為一種潔凈無污染的能源在發(fā)電、供熱等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本文提出一種直接式太陽能地板輻射供暖系統(tǒng)的方案,此方案具有兩個(gè)子系統(tǒng),分別在白天和夜晚為房間供暖。通過動(dòng)態(tài)模擬此供暖系統(tǒng)的運(yùn)行,研究影響太陽能供暖系統(tǒng)的因素。此外,又對(duì)太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬分析,將這兩種方案進(jìn)行比較,對(duì)太陽能供暖系統(tǒng)的研究具有指導(dǎo)意義。
本文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下：
(1)對(duì)直接式供暖系統(tǒng)的方案進(jìn)行研究,建立太陽輻照度、太陽能集熱器、蓄水箱、地板輻射板的數(shù)學(xué)模型。用Visual Basic軟件分別對(duì)夜晚供暖系統(tǒng)和白天供暖系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。
模擬研究了此方案中集熱器面積對(duì)太陽能供暖系統(tǒng)的影響。各月份的采暖負(fù)荷不同,滿足各月的采暖負(fù)荷所需的集熱面也會(huì)明顯不同。通過對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬得出,即使采用較大的集熱面積,此直接式供暖系統(tǒng)的方案雖然可以滿足11月份和3月份全天的供暖；但在寒冷的1月,白天供暖系統(tǒng)只能滿足59%的熱負(fù)荷,夜晚供暖系統(tǒng)只能滿足41%的熱負(fù)荷。并且地板表面的溫度變化都較大。本文還模擬研究了蓄水箱體積和集熱管流量對(duì)系統(tǒng)的影響。太陽能保證率f在蓄水量與夜晚供暖系統(tǒng)的面積之比L/(Ac)為40L/m2時(shí)出現(xiàn)最大值。太陽能保證率會(huì)隨進(jìn)口管流量的增加而增加,當(dāng)流量為0.8kg/s時(shí),太陽能保證率不再增加。
(2)對(duì)間接式供暖系統(tǒng)的方案進(jìn)行研究,模擬太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的運(yùn)行。
通過Aspen plus軟件對(duì)熱泵進(jìn)行靜態(tài)的模擬,得出蓄水箱水溫越高,壓縮機(jī)的功率越高。通過對(duì)間接供暖系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬,得出集熱面積為40 m2、蓄水量與集熱器面積之比為100L/m3的間接式采暖系統(tǒng)的COP值為2.6,可以基本滿足1月份的房間熱負(fù)荷,太陽能保證率f為0.56,房間供熱量比直接式太陽能供暖系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
為了夜晚供暖,直接式太陽能供暖系往往需要較大的集熱體積。而在寒冷月份的夜晚仍需要有輔助熱源輔助供暖。所以直接式太陽能供暖系統(tǒng)更加適合于主要在白天使用的建筑,如教學(xué)樓、辦公樓等。間接式太陽能供熱系統(tǒng)的供熱量穩(wěn)定,可以為建筑的提供全天供暖,但熱泵的初期投資較高且運(yùn)行時(shí)需要大量的電能。太陽能供暖系統(tǒng)可以將直接式方案和間接式方案相結(jié)合,直接式方案用于白天供暖和蓄熱；間接式方案用于夜晚供熱。由于夜晚熱泵供暖,蓄水箱溫度不需要太高,所以集熱面積可以大大減小,投資減小。
