不同流速下太阳能集热效率对比实验研究.pdfVIP

不同流量下太阳能集热效率对比实验研究 1 1,2,* 2 3 明 阳 ，龙恩深 ，金正浩 ，罗民刚 1 四川大学建筑与环境学院，成都 610065 2 四川大学灾后重建与管理学院，成都 610065 3 成都永吉太阳能设备有限责任公司，成都 610032 摘 要：搭建太阳能平板集热器水箱蓄热实验平台，选取有太阳辐射的两天分别测试了 系统高、低流量下的系统集热器、蓄热水箱水温变化情况。通过利用相关公式得出了两个工 况下的逐时集热/蓄热量、累计集热/蓄热量变化情况，经分析得出低流量工况下的系统热损 失更大。通过更进一步的计算分析可以得出，在其余设备参数不变的情况下，低流量与高流 量工况相比，集热器的总集热效率也减少了9.67%，系统的热利用效率降低了11.71%。可为 实际工程运行调控优化提供有益参考。 关键词：流量；太阳能；集热效率；实验 1 引言 在当今社会迅速发展的背景下，可再生能源的利用成为了解决能源供给的关键技术。其 中，太阳能因为其丰富、普遍、环保等特点受到了广泛的应用。但是太阳能同时也存在变化、 不稳定的特点，直接使用会导致供水温度波动，从而影响用户热舒适，因此一般工程情况下 会采用蓄热水箱对太阳能进行蓄能。针对太阳能蓄热系统，在集热面积、蓄热体积不变的情 况下，如何有效增大集热效率，提高蓄热量是目前的核心研究点。工程中一般将水作为系统 的传热工质，而作为将整个系统紧密联系起来的介质，设备连管内的流量会直接影响集热器 的集热效率和蓄热水箱的蓄热量。流量过大集热效率的提升会很不明显，反而会增大水泵负 荷，而流量过小可能会使得管内水温过高从而增大了热损失。对此，国内外已有众多学者进 行了相关研究： 喻勇等[1]通过 TRNSYS 动态模拟仿真，分析了不同流量对太阳能集热系统集热量、水 泵电耗的影响，并得出集热系统的最优流量受集热器热性能、太阳辐射、环境温度及水泵控 制策略等条件影响；王岳人等[2] 以沈阳地区某一利用太阳能与常规能源联合供暖的住宅为研 究对象，对太阳能平板集热器建立数学模型，分析了当集热管的进口流量和进口温度不断变 化的过程中太阳能集热器吸收率的变化情况；路阳等[3]就流量对平板太阳能集热器集热效率 的影响进行实验研究，并通过热转移因子、总热损系数分别对流量进行拟合回归，建立了关 于流量的集热器效率方程式；Louise 研究了水平全玻璃集热管垂直式联集箱式的集热系统， 利用 CFD 的方法模拟了传热、流体结构，给出了 3 种不同的管长、5 种不同质流率条件 下的集热器效率[4] 。从现有成果上来看，大部分是以仿真模拟的形式来寻求流量对集热效率 基金项目：国家重点研发计划(2016YFC0700400)，国家自然科学基金 作者简介：明阳 （1993.11），男，硕士, 电话 E-mail: 502463684@. 通讯作者：龙恩深 （1964.03- ），男，教授，博导，E-mail: longes2@163.com 通讯地址：四川省成都市一环路南一段 24 号四川大学 邮编：610065 的影响规律，偏向于理论，实验研究成果较少。 本文通过实验的方法，在实际太阳能蓄热系统运行工况下，对不同流量下太阳能集热效 率的差异及其形成机理进行了研究，可为今后的理论研究和实际工程提供一定的参考价值。 2 实验系统与研究方法 （1）实验系统 实验系统位于成都市某高校学院楼楼顶，主要由集热器组、蓄热水箱以及循环泵构成。 其中太阳能集热器选型方面，目前平板集热器技术已趋于成熟，在国内和国外都有很大 的市场。相比于管状集热器，平板集热器具热效率高、性能稳定等特点，且具有良好的抗压 能力，形态结构简单灵活，易于安装和维护，被广泛应用于建筑一体化集成应用中，可选作 为实验指定集热器。 蓄热水箱选型方面，由于需要使用承压系统保证实验系统的稳定性，因此使用414L 闭 式承压水箱作为系统的蓄热装置。闭式水箱系统的管道内没有任何部分与大气相通，无论是 水泵运行或停止期间，管内都应始终充满水，以防止管道的腐蚀，因此闭式系统中必须设置 定压装置以保持建筑顶部水管完全充满水（即管内处于正压状态）。选用膨胀水箱定压