长沙地区热源塔热泵辅助加热太阳能热水系统的性能分析

构建了热源塔热泵辅助加热太阳能热水系统。对该系统在长沙地区进行了测试,分析了系统三种典型工况的运行特性,对系统在试验期间的热水温度、太阳能保证率、热源塔热泵贡献率、集热器集热效率进行分析计算。应用TRNSYS,对系统在长沙地区各月和全年性能进行模拟分析,计算得出逐月和全年性能参数。研究表明试验测试期间太阳能保证率为46.69%;在7、8、9月份太阳能保证率皆超过57%,同时集热器集热效率最高,皆达到33%以上;系统全年集热效率为29.13%,全年太阳能保证率为33.99%,全年热源塔热泵贡献率为66.01%。     

基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式太阳能集热发电系统

为了提高太阳能热发电系统的性能,建立了以熔融盐为传热介质、再压缩式超临界CO2布雷顿(SCO2)循环为动力循环的塔式太阳能集热发电系统的分析模型,分析了定日镜、腔式吸热器、再压缩式SCO2发电系统3个子系统的性能,并研究了太阳辐射强度和采用不同底循环的SCO2发电系统对整个电站性能的影响,最后对采用不同类型的蒸汽动力循环和SCO2循环为动力子系统的5种塔式太阳能集热发电系统进行了对比。结果显示:吸热器的能量损失率最小,但损失率最大;随着太阳辐射强度增大,吸热器和整个电站的热效率和效率均增大;采用有机朗肯循环和跨临CO2(TCO2)循环作为底循环对SCO2发电系统进行余热回收,可提高整个电站的热效率,并且SCO2-TCO2循环具有更高的热效率;相同条件下,不同的SCO2循环均比蒸汽动力循环具有更高的热效率和效率,其中基于SCO2-TCO2的塔式太阳能电站热效率最高。     

全玻璃真空管太阳能水蒸气集热系统实验研究

设计了一种使用全真空玻璃集热管、简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)集热板和金属换热套管组合的中温太阳能水蒸气集热系统.系统由60个集热单元串联而成,每个集热单元包括简化CPC集热板、全真空玻璃集热管和换热套管三部分,在全真空玻璃集热管和换热套管之间填充了一种高导热性能固液混合型导热介质增强其导热性能.研究了系统的集热性能和天气条件、集热单元级数等不同工况对系统集热性能的影响.实验结果表明:该系统能够获得200℃的高温蒸汽,集热效率达到0.332,表现出优异的集热性能,是一种有工业应用前景的太阳能水蒸气集热器,为将该高温太阳能集热器用于更广阔的领域提供了设计基础.     

太阳能集热器种类与集热性能提升技术研究进展

 太阳能集热器是太阳能热利用技术的核心部件，其集热性能、集热效率决定了太阳能热利用技术的成熟化发展及适用性推广。本文总结了太阳能热利用的典型方式和应用领域，归纳了集热器的集热原理和类型结构，以提高太阳能集热器集热性能为目标，系统分析了太阳能集热器结构优化、新型集热器吸收材料、太阳能集热器集成相变储能技术和聚光（聚焦）集热技术等方面的最新研究进展及技术动向，进一步指出现阶段太阳能集热器技术研究上的不足，并对下一步的研究提出展望。     

复合热源热泵集热/蒸发器的结构优化模拟

为了提升直膨式太阳能-空气复合热源热泵的性能,需要优化集热/蒸发器的结构,为此,建立集热/蒸发器的一维稳态传热数学模型和热泵系统模型,并利用已有实验装置验证其准确性。利用模型计算的集热效率作为评价指标,通过正交试验法和数值模拟分析翅片管的结构参数对集热/蒸发器热力性能的影响;选取单位翅片面积集热量作为经济评价指标,对比不同换热面积下采用最佳结构时的集热性能;采用南京地区典型气象年参数,在空气侧总换热面积相同的条件下选取9种结构,模拟计算不同结构下集热/蒸发器的集热效率和系统全年能效比。研究结果表明:翅片间距、铜管内径和翅片高度对集热效率影响最大,且在一定范围内这3个结构参数的影响规律一致,即在所选取的范围内集热效率可以取得最大值;随着翅片总换热面积增大,空气侧总热阻逐渐减小,翅片的总集热量逐渐增大,单位翅片面积集热量为13.22 m2时取得最大值,此时,既可以增加集热/蒸发器的集热量,又有较好的经济性;在不同季节工况下,当空气侧换热总面积为13.22 m2,铜管内径为9 mm,翅片间距为1.7 mm,翅片高度为10.3 mm时的优化效果最好,与原结构相比,集热效率提升11.77%,全年能效比提升9.36%。     

黑瓷复合陶瓷太阳板集热系统的应用研究

研发了一种与建筑一体化的新型高效平板太阳能集热体黑瓷复合陶瓷太阳板。该集热体以普通瓷土为原料配制泥浆注浆成型,表面喷涂以工业废弃物提钒尾渣为原料调配的钒钛黑瓷泥浆层,干燥后经连续辊道窑1 200 ℃烧制而成,阳光吸收比为0.95。介绍了陶瓷太阳板房顶集热系统的构建方法,该系统与建筑共用结构层、保温层、防水层,与建筑一体化、同寿命,隔热、保温效果优于普通房顶。通过建筑实例对该集热系统的集热效率与真空玻璃管热水器进行测试对比,得出集热系统日得热量为8.6 MJ/m²,远高于真空玻璃管热水器和国家标准的7.0 MJ/m² ,可实现太阳能使用成本低于常规能源。     

R410A充注量对直膨式太阳能热泵热水器性能的影响

基于太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集总参数模型和系统制冷剂充注量模型,编制了以R410A为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.在集热器出口过热度维持不变的条件下,计算了不同充注量下系统热性能参数,分析了充注量变化对系统热性能的影响特性.结果表明：随着制冷剂充注量的不断增加,蒸发压力和加热时间逐渐减小,压缩机瞬时功率和集热器集热效率逐渐增大;而且,制冷剂充注量的变化对冷凝压力和系统性能系数(COP)的影响很小.     

太阳能热泵在建筑物节能中的应用前景

采用太阳能作为辅助热源不仅是提高热泵系统性能的有效方式,也是建筑物节能的一种重要途径。本文介绍了太阳能热泵的工作原理和几种不同形式及其在提高系统COP值和节能方面的突出优点,研究了不同的太阳辐射强度及室外气温条件对系统性能的影响。集热面积和压缩机额定功率大小对太阳能分数的影响最大,其次太阳能集热器的几何和光学性能对系统的性能也产生较大影响。     

自然循环平板式太阳能热水器水箱放置高度的研究

搭建了自然循环平板式太阳能热水器(NFSWH)的实验平台,根据太阳能热水器国家测试标准方法对系统的热效率进行测试。用TRNSYS软件建立了NFSWH的瞬态模型。模拟和实际测量了水箱放置高度对热水器热效率的影响。结果显示,实验与模拟吻合较好。对于集热面积为1.5m2水箱容积为120L的系统,水箱底到集热器出口的高度(Hr)为0.74m时,系统的热效率最大(67.7%).放置高度为0.44-1.04m时,系统集热效率变化不大,在3%以内。     

光伏太阳能热泵/环形热管复合热水系统性能模拟

针对光伏太阳能热泵/环形热管(PVSA-HP/LHP)复合热水系统建立数学模型,对该系统在热泵(HP)模式独立运行、环形热管-热泵(LHP-HP)复合模式运行下的性能进行对比模拟。基于压缩机耗能最少的原则,分析太阳辐照强度和环境温度的变化对LHP-HP模式下合理切换时刻的影响,并以此为基准计算系统在复合模式下全年各月份的运行状况。研究结果表明:在春、秋季典型晴天工况下,将150 L水从15℃加热到50℃的运行过程中,LHP-HP模式的平均热效率和电效率分别比HP模式低37.00%和6.88%,但节约40.60%的电能;随着太阳辐照强度的增强以及环境温度升高,LHP-HP模式下切换时刻的冷凝水温升高,压缩机所消耗的电能减少。在3~11月份晴天工况下,应尽量优先采用LHP-HP复合模式运行以节约电能;在冬季或太阳辐照较低时,则采用HP模式独立运行。     

太阳能吸附式制冷装置中集热系统的研究

针对吸附式制冷装置及太阳能集热器的特点,提出了一种适用于连续制冷吸附式制冷装置的太阳能集热系统。该集热系统可根据太阳辐射强度的变化,采取不同的运行模式。建立了采用该集热系统的连续制冷吸附式制冷装置数学模型,数值模拟了连续制冷吸附式制冷装置一天中不同时段在不同运行模式下的热力性能。计算结果表明,该太阳能集热系统可有效地提高吸附剂解吸温度及单位集热面积的制冷功率,实现太阳能的高效利用。     

高寒地区陶瓷太阳能集热系统的应用研究

依托大通县雪里河村太阳能集热采暖系统改造项目,采用黑瓷复合陶瓷太阳能集热板作为终端集热器,为农户提供冬季供暖及生活热水。对系统的集热器、集热面积、运行原理及节能效益进行阐述分析,并总结陶瓷太阳能集热系统的应用成果,以期为高寒地区民用建筑生态节能方式的推广应用提供建议。     

分布式光伏直驱制冰系统的实验研究

为解决太阳能光伏发电驱动压缩机工作间歇性问题,利用蓄冰代替蓄电池存储太阳能,构建了光伏直驱制冰系统,并对系统运行可靠性与制冰性能进行实验研究.研究结果表明,光伏直驱制冰系统接收辐照量为13.81 MJ/m2时,最大制冰量为62kg,系统COP最大值为0.17.为提升制冰系统性能,将原蒸发器单通道不锈钢盘管结构改进为双通道铜盘管结构,增加了制冷工质与水的换热面积,提高传热性能,系统在接收辐照量为13.73 MJ/m2时,最大制冰量为107kg,系统COP最大值达到0.24.     

累计太阳辐照量对真空管太阳能热水器日得热量的影响

累计太阳辐照量17MJ/m2对应的日有用得热量Q17是评价太阳能热水系统热性能好坏的重要参数之一.在累计太阳辐照量达到测试要求以及其他测试条件相似的条件下,利用试验测试研究了累计太阳辐照量对真空管太阳能热水器系统日有用得热量Q17的影响.结果表明:日得热量随累计辐照量的增加而呈线性增加的关系,而系统的能效系数和日有用得热量Q17基本不受累计辐照量的影响;当测试条件由累计辐照量不小于17MJ/m2减小至累计辐照量不小于16 MJ/m2时,系统的日有用得热量Q17和能效系数没有明显的降低,说明新国标中对测试累计辐照量的修改是合理的.     

太阳能相变蓄热双水箱热泵自控系统性能

针对太阳能热泵系统集热效率和COP不高的问题,提出了3种太阳能双水箱系统设计方案,基于其中一种方案设计了自控系统并搭建了实验台,研究了不同运行工况对系统集热效率和COP的影响.实验结果和理论分析表明:集热效率比COP更能反映系统运行效果.在合适的控制参数下,双水箱联合运行的集热效率与相变水箱单独运行情况基本相同,前者高效集热时间为上午8点到下午4点,后者集热时间集中在中午.与普通水箱单独运行相比,两者的集热效率由0.64增加到0.94以上,COP由2.32增大到5.00以上.     

平板集热器冬季高流速运行数值模拟研究

针对平板集热器(FPSC)冬季热水收集温度不足等问题提出高流速运行方案,以期提高系统的集热性能以及全年利用率.通过CFD技术数值模拟FPSC系统在不同流速工况下(0.02～0.15 kg/s)各组件温度的变化情况,计算系统的集热效率,结合温度云图对比高流速运行的优势.结果显示,高流速运行能够减少集热损失,具有更佳的集热性能.     

槽式聚光集热驱动吸收式空调系统研究

以太阳能单效吸收式空调系统为研究对象,选用太阳能槽式聚光集热器与溴化锂单效吸收式制冷机对100m2会议室进行夏季制冷、冬季制热、春秋季提供必要的生活热水性能分析.结合昆明当地气候条件和该会议室结构、朝向等因素对所选会议室进行全年能耗分析,结果为夏季冷负荷75W/m2、冬季热负荷50W/m2.根据理论分析结果以及经济实用性确定选用60m2抛物槽式聚光集热反射镜、23kW溴化锂吸收式制冷机、15kW风机盘管作为系统参数,为槽式聚光集热与吸收式制冷机组相结合的系统性能研究提供理论依据.     

基于聚光太阳能热发电的联合循环发电系统

针对我国西北沙漠地区太阳能资源丰富但缺水严重的问题,提出了一种间冷回热太阳能燃气轮机与卡林那相结合的联合循环发电系统。通过"比较法",推导出太阳能热发电效率简明解析式。基于能的品位概念,采用EUD图像分析方法,探讨了新循环各个子过程的不可逆损失,指出了不可逆损失分布特征和太阳能热发电效率提高的潜力。通过分析关键参数对热力性能的影响,揭示了这种太阳能联合循环的热力特性规律。另外,针对传统太阳能热发电系统在低辐照时不发电的现状,提出了一种由太阳能燃气轮机循环、朗肯循环、卡林那循环组成的联合循环发电系统,并提出了一种新的运行调变策略,根据太阳辐照强度的变化切换系统流程,从而实现低辐照发电。以新疆地区的气象条件为例,研究了系统四季典型日的变辐照运行性能。     

微通道太阳能平板集热器的集热性能试验

为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.     

太阳能热气流电站系统的热力学分析

对太阳能热气流电站系统进行了热力学理论分析，将整个系统分成集热棚，风力透平和烟囱三个子区域，分析每个子区域内工质热力学过程，研究各参数变化影响因素，并对系统压力场进行分析．首次提出了能量利用度的概念，并对不同尺寸的太阳能热气流电站的性能进行了分析计算．结果表明：太阳辐射能和涡轮机负荷对系统能量利用度有显著影响，而且系统能量利用度随着太阳能热气流电站的规模增大而增大．该计算结果将为建设不同规模的太阳能热气流电站提供理论依据．