热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统的研究

【摘要】： 为了克服普通平板太阳能集热器的缺点,并保留其结构上的优点,必须要研制新型的平板太阳能集热器。热管有很多优点,把热管用于平板集热器能有效地改善集热器的性能。本文对热管平板式太阳能集热器进行了理论分析,并通过实验测试了自制的热管平板式太阳能热水器的性能,包括瞬时效率、日平均效率和热损失系数,同时考察了灰尘对热管平板式太阳能集热器和真空管太阳能集热器日平均效率的影响。测试的结果表明热管平板式太阳能热水器的日平均效率在36%左右。热管的单向导热特性大大减少了系统通过集热器的热损失。 本文利用TRNSYS模拟分析了集热器的朝向和倾角对集热面接收辐射量的影响,并确定了天津地区使用的太阳能集热器的最佳摆放位置为:朝向正南,倾角为40度。同时模拟了集热面积、水箱容积和系统的泵循环流量对热水系统的效率的影响,并以此为基础对自然循环和强制循化的太阳能热水系统进行了优化设计。最后通过模拟分析的数据,对两套实际的太阳能热水系统进行了节能效益的分析,结果表明太阳能热水系统具有良好的经济效益和环境效益。 【关键词】：热管 平板太阳能集热器 TRNSYS 太阳能热水系统
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK513
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 太阳能在建筑节能中的意义8-9
• 1.2 国内外太阳能热利用的现状9
• 1.3 目前我国太阳能热水器的种类9-12
• 1.3.1 平板型太阳能集热器10-11
• 1.3.2 全玻璃真空管式太阳能集热器11
• 1.3.3 热管真空管式太阳能集热器11-12
• 1.4 我国的太阳能热水器发展趋势12-13
• 1.4.1 太阳能热水器与建筑结合12-13
• 1.4.2 太阳能热水器将逐步完善其功能13
• 1.4.3 太阳能热水器将成为耐用消费品13
• 1.4.4 太阳能热水器将进一步扩大应用范围13
• 1.5 课题的背景和主要研究内容13-14
• 1.6 本章小结14-15
• 第二章 热管技术原理15-26
• 2.1 热管工作原理15-16
• 2.2 重力热管16-17
• 2.3 重力热管的传热分析17-20
• 2.3.1 冷凝段的传热17-19
• 2.3.2 蒸发段的传热19-20
• 2.4 重力热管的传热极限20-21
• 2.4.1 声速极限21
• 2.4.2 沸腾极限21
• 2.4.3 携带极限21
• 2.5 影响重力热管性能的因素21-25
• 2.5.1 充液量对重力热管性能影响21-22
• 2.5.2 倾角对重力热管性能影响22
• 2.5.3 工质对重力热管性能影响22-25
• 2.6 重力热管在太阳能热水器中的适应性25
• 2.7 本章小节25-26
• 第三章 热管平板式集热器的结构设计和理论分析26-38
• 3.1 热管的设计26-28
• 3.1.1 工质的选择26-27
• 3.1.2 热管材料的选择27
• 3.1.3 蒸发段和冷凝段的长度和直径27-28
• 3.1.4 工质的充液量28
• 3.2 集热器的主要结构和尺寸28-29
• 3.3 集热器的理论分析29-37
• 3.3.1 集热器的能量平衡方程29-31
• 3.3.2 集热器透过率—吸收率的乘积31-33
• 3.3.3 集热器的总热损失系数33-35
• 3.3.4 效率因子和瞬时效率35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 热管平板式太阳能热水器的实验研究38-51
• 4.1 集热器热性能测试方法介绍38-39
• 4.2 实验装置介绍39-41
• 4.3 实验数据分析41-49
• 4.3.1 瞬时效率的测定41-45
• 4.3.2 日平均效率的测定45-48
• 4.3.3 平均热损失系数的测定48-49
• 4.4 灰尘对热水器性能的影响49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 太阳能热水系统的TRNSYS 模拟优化51-73
• 5.1 TRNSYS 软件介绍51
• 5.2 太阳能热水系统的分类51-54
• 5.2.1 自然循环系统52
• 5.2.2 直流式系统52-53
• 5.2.3 强制循环系统53-54
• 5.3 太阳能热水系统的优化设计54-66
• 5.3.1 平板型太阳能集热器最佳位置的研究54-58
• 5.3.2 自然循环系统的优化58-61
• 5.3.3 强制循环系统的优化61-66
• 5.4 太阳能热水系统的经济和节能效益分析66-72
• 5.4.1 太阳能热水系统的年节能量66-67
• 5.4.2 太阳能热水系统的年节能费用67-68
• 5.4.3 太阳能热水系统增加投资回收期的计算68-70
• 5.4.4 太阳能热水系统的环保效益评估70
• 5.4.5 实例计算70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论和展望73-75
• 6.1 全文总结73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 参考文献75-78
• 参与科研情况说明78-79
• 致谢79

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