安装太阳能集热器对阳台分裂式太阳能热水器的性能

文摘

表面方向和坡度的影响太阳能收集器收集太阳辐射的阳台上分裂类型分析了六个城市在中国的太阳能热水器采用软件TRNSYS。方位表面对太阳辐射的影响更大的集合在高纬度地区。地面坡度角的偏差在±20°左右优化角度,每年总收集太阳辐射的变化小于5%。然而,随着偏差70°- 90°,变化已经上升到20%。水循环的影响模式,反向倾斜放置太阳能集热器和水箱安装高度对系统效率的实验研究。热的效率与单排水平安排全玻璃真空太阳能热水器管式收集器是高于垂直布置在固定地面坡度角为90°。相比之下,与平板收集器在自然循环太阳能热水器,系统热效率提高到63%在强制循环。收集器的反向坡位置,temperature-based水分层水箱恶化,因此热效率低。为提高系统效率,适当的提出水箱的安装高度。

1。介绍

随着化石燃料的枯竭和全球变暖的挑战,利用可再生能源在全世界引起了广泛的关注。在过去的二十年里,太阳能热水器被广泛使用在技术由于其低成本和简单性。太阳能热水器的关键组件,太阳能集热器,收集太阳辐射转换成热能。太阳能收集器通常是安装在建筑物的屋顶与地面坡度,等于当地地理纬度增加10度。然而,随着城市化的发展,越来越多的高层建筑在这座城市。没有足够的空间在建筑的屋顶为所有居民安装自己的太阳能热水器。此外,当热水流经太长的管道从屋顶热水箱到用户的房间,热水会很酷,甚至在冬天冻结。所以阳台分裂类型提出了太阳能热水器和在应用中起着非常重要的作用结合近年来高层建筑。

阳台分裂类型的收藏家太阳能热水器通常附加在高层建筑外墙或阳台栏杆。收藏家们并不总是朝南,最佳的方位,但是根据建筑方向不同。考虑光的影子房间和建筑美,收藏家很难被安装在最佳表面斜率。由太阳能集热器收集的热量与集热器表面坡度密切相关。许多研究最优方向和倾角的太阳能收集器在某些国家或地区,如文莱达鲁萨兰国、叙利亚和沙特阿拉伯,执行了(1- - - - - -4]。Gunerhan和Hepbasli5)建立了一个模型来计算最佳倾斜角度的总辐射收集器表面上是一个最大的在一个特定时期内和建议太阳能集热器安装在月平均倾斜角度和斜率是每月调整一次。海涛和延6]分析了热能,真空管太阳能集热器收集的不同坡角在拉萨,被认为是这个地区最好的角是46°。Ong et al。7]研究了u形管性能的太阳能热水器安装在墙壁和阳台和得出的结论是,他们的表现很大程度上取决于他们的方向。对u形玻璃管太阳能集热器疏散垂直固定在阳台上墙,平均每日集电极效率约为40%,太阳能分数很满意在夏季和秋季8]。此外,水箱的大小和配置的影响(9,10),收藏家和颜色吸收器(11- - - - - -13,流体流动和传热14- - - - - -16)系统性能也进行了研究。Hobbi和西迪基(17模仿一个间接强制循环太阳能热水系统与平板收集器的设计参数和优化TRNSYS仿真程序。设计的系统可以提供83 - 97%,30 - 62%的热水需求在加拿大蒙特利尔夏季和冬季,分别。Seveda [18)进行一些实验在自然循环封闭热虹吸平板太阳能热水器在晴天和多云的天在印度和改进系统的性能通过使用乙二醇作为工作流体。与0.93 - -0.97的黑色陶瓷涂料太阳能吸收率,主要涉及太阳能集热器的热效率,分别47.1%和50%,当太阳热能收集器作为阳台栏杆和建筑屋顶19]。Souliotis et al。20.)开发集成收集器存储太阳能热水器(ICS)类型。简et al。21)开发了一种两相热虹吸太阳能热水器在实验的最佳效率82%,高于传统的太阳能热水器。Ong和女子22- - - - - -24)开发了仿真方法和测试性能的太阳能热水系统热虹吸收藏家和储罐之间的方式。

摘要瞬态系统仿真程序,TRNSYS [25,26),用于分析表面取向的影响,地面坡度的太阳能收集器收集太阳辐射在六个典型的中国城市不同地理纬度。TRNSYS,威斯康辛大学开发的,是一种有效的工具,预测太阳能热水器的性能。之后,两个阳台分裂与平板式太阳能热水器收藏家和两套阳台分裂型太阳能热水器与全玻璃管收藏家们疏散设置实验。水循环的影响模式的太阳能热水器,太阳能集热器的反向坡位置,安装高度的水箱太阳能热水器的效率进行了研究。

2。表面取向和斜率对太阳辐射的影响

TRNSYS类型45模型采用讨论方位角度的影响和坡角的太阳能收集器收集太阳辐射的热虹吸太阳能热水器(TSWH)。每小时所需的所有六个城市的气象数据来自银行的典型气象年数据。仿真时间步长设置为10分钟。

2.1。表面方位角对太阳辐射的影响集合

图1显示表面方位角的影响太阳辐射的太阳能收集器收集中国六个城市的不同地理纬度(六个城市的地理位置见表1和图2)。齐齐哈尔和北京位于北纬更高,更有重大变化的总年度太阳能方位的变化,与其他四个城市进行比较。在齐齐哈尔,每年总太阳能是7000 MJ / m²和5000 MJ / m²分别,当面对南部和太阳能集热器的方位90°。品种多达2000 MJ / m²。在北京,每年总太阳能5300 MJ / m²和4200 MJ / m²分别,当面对南部和太阳能集热器的方位90°。品种是1100 MJ / m²。海口是最低的北纬,表面方位角对太阳辐射的影响曲线集合为海口是最平的。年太阳能总量是4800 MJ / m²和4500 MJ / m²分别,当面对南部和太阳能集热器的方位90°。各种只有300 MJ / m²。这意味着太阳辐射收集太阳能集热器表面方位角的影响。纬度越高的地方,大的表面方位角的影响太阳能集热器收集太阳辐射。

图3显示表面方位角的影响太阳能收集器25°倾斜角在昆明,年太阳辐射总量收集中国。在图3,最总年度获得收集太阳辐射表面方位角0°。总年度收集太阳辐射随表面方位角的增加而减小。当表面方位角变化从0°20°,每年总收集太阳辐射的变化小于1%。然而,随着表面方位角的进一步增加,年收集太阳辐射总量上的方差变大。当表面方位角增加从40°到60°,收集太阳辐射的变化约为2.3%。变化3.3%时,表面方位角变化从70°- 90°。每年总收集太阳辐射表面方位角的90°是91.0%的表面方位角的0°。因此,表面方位角小昆明收集太阳辐射的影响,尤其是当表面方位角在20°来自南方的取向。

2.2。地面坡度对太阳辐射的影响

图4显示的地面坡度的影响太阳能收集器收集太阳辐射年度计划在中国的六个城市有不同的地理位置。在图中,优化地面坡度角大约是当地地理纬度- 10°时,太阳能集热器朝南。的改变周围的地面坡度角在±20°优化地面坡度角,每年总收集太阳辐射的变化小于5%。然而,随着进一步增加或减少周围的地面坡度角优化地面坡度角,每年总收集太阳辐射的种类变得更大。地面坡度角的偏差从优化地面坡度角40°20°,每年总收集太阳辐射的变化约为5%。地面坡度角的偏差从优化表面坡度角从70°- 90°,每年总收集太阳辐射的变化超过20%。因此,垂直安装太阳能集热器是不适当的从太阳辐射的角度收集。与太阳辐射的综合考虑收集、外墙承重,光阴影下房间,和建筑美,60°的地面坡度角是适当的。

在图5最优表面坡度角的太阳能集热器是18°昆明收集器面朝南,在这种情况下,最年收集太阳辐射总量的6.43 GJ / m²是实现。收集太阳辐射的变化小于5%,改变表面坡度角的最优在20°角。然而,进一步增加/减少地面坡度角,表面坡度角的影响总年度收集太阳辐射变得重要。当表面坡度角增加从70°- 90°,收集太阳辐射的变化超过20%。年收集太阳辐射总量为3.37 GJ / m²地面坡度角为90°时,只有52.4%的年收集太阳辐射总量最多最优表面坡度角。

的总收集太阳辐射3.97 GJ / m²在夏天半年(从3月21日到9月23日)是实现在昆明的地面坡度角太阳能集热器是0°。在夏天总收集太阳辐射半年大约是1.3 GJ / m²地面坡度角为90°,32.7%的地面坡度角的0°。在夏天总收集太阳辐射半年大约是1.4 GJ / m²地面坡度角为70°,55.1%的地面坡度角的0°。阳台是表明,分裂式太阳能热水器,垂直安装太阳能集热器将导致收集太阳辐射相对较少。综合考虑太阳辐射的收集、墙承重,房间和避免光的影子,太阳能集热器的安装坡度角为70°是最优的。上述仿真结果与一些结论在良好的协议,27- - - - - -29日]。

3所示。实验装置

两套阳台分裂与平板式太阳能热水器收藏家和两套阳台分裂型与全玻璃真空太阳能热水器管收藏家们建立了实验。收集器支架倾角可调,从0到90不等。平板集热器的面积在每个组阳台分裂类型的太阳能热水器是1.5米²,收集和有效辐射面积1.325²。平板集热器的框架是由不锈钢板、保温材料岩棉4厘米的厚度,和盖板由钢化玻璃光学透过率为90%。孔径面积(收集有效辐射面积)的全玻璃疏散管式收集器在每个组阳台分裂类型的太阳能热水器是1.317米²。10疏散收集器管并排放置在每个收集器。一个管的长度是1800毫米,外玻璃管直径是58 mm,内玻璃管直径47毫米。铝管,用橡胶绝缘棉花,被用来构建循环管道。圆柱形的水箱,总成交量为120 L,水平放置。系统的其他参数如表所示2。

太阳能热水器的热性能测试系统TRM-2,由锦州阳光科技发展有限公司,是用于我们的实验。测试设备的技术规格如表所示3。在中国昆明,实验进行,与地理坐标(25.02°N, 102.68°E)从1月到5月。系统自动记录时间步是在10分钟的实验。

4所示。结果和讨论

4.1。性能与全玻璃真空太阳能热水器管式收集器以固定地面坡度90°角下自然循环

太阳能集热器的热性能最重要的因素之一是决定太阳能热水器的性能。Hottel-Whillier方程通常是用于评估太阳能集中热源的热力性能板块: 在哪里的有用的获得太阳能集中热源板、W / m²;是集中热源集中热源太阳能板的面积;是集中热源的热转换因子板;是在倾斜表面太阳辐射;是玻璃的透射率覆盖;的吸收率收集器板;是集电极表面环境空气的传递系数;是集电极表面温度;环境空气温度。

集中热源集中热源板的效率被定义为有用的比例获得的太阳辐射太阳能集中热源板: 在哪里是集中热源集中热源板的效率,%。

根据安排模式疏散管的太阳能集热器,疏散管式收集器可以分为单排垂直安排收集器,单排水平安排收集器,双排水平安排收集器。一些实验进行冬天昆明(1)利用阳台壁挂式太阳能热水器与单行水平安排收集器和单排垂直排列收集器以固定地面坡度角的90°调查他们的表演自然循环。实验结果如表所示4。

在表4,系统热力效率的太阳能热水器单排水平安排全玻璃疏散管式收集器是高于单行垂直安排全玻璃疏散管式收集器在固定地面坡度角为90°。与初始水温约13°C和太阳辐射约16.5 MJ,前的最后水温达到大约40°C 6小时后,水的温度上升24.6 - -28.2°C,和系统热力学效率60%左右。然而,类似的初始水温和类似的太阳能辐射,后者的最后水温只有35°C后6小时左右,水温上升19.8 - -22.1°C,和系统热力学效率低于49%。太阳能热水器的主要原因是,与单排垂直安排全玻璃管式收集器疏散,冰冷的液体流到真空管的底部阴影的电子管。低温液体在流动的过程中,不断吸收能量并合并到上升流之前到达底部的管。也就是说,有液体的短路循环,导致热量运输系统的恶化,降低了系统效率。在这个工作中,全玻璃真空管的长度是1800毫米。减少管长度将有利于提高热运输系统,提高效率。

4.2。太阳能热水器的性能与平板收集器以固定地面坡度90°角自然循环和强制循环

平板集热器的大小通常是2 m×1米或1.5米×1米,和它的高度是2米或1.5米。然而,阳台侧壁的高度通常是1米左右。这不是可行的直接挂载平板收集器在阳台上侧壁根据常规安装方法。另一种解决方案是将收集器,所以它的高度满足阳台侧壁的要求。

但将收集器是不利于系统的自然循环,最终将影响系统的热效率。因此,强制循环在某些情况下是必要的。表5介绍了太阳能热水器的实验结果与平板收集器在一个固定的地面坡度90°角自然循环和强制循环。强制循环的泵浦功率为80 W,质量流率是40 kg / h。

在表5太阳能热水器的效率,平板集热器放置在其一侧固定地面坡度90°角自然循环仅为21.8%。相比,太阳能热水器的效率与单行全玻璃疏散管式收集器以固定地面坡度角的90°自然循环下表4,太阳能热水器的效率与同等条件下的平板集热器是令人失望的。主要结果的过程的小直径管平板收集器;因此,流阻大,系统循环并不顺利。强制循环的利用率可以提高系统的循环。在类似的辐照度和风速,系统热效率提高到63%,循环泵功率是只有13%的热量增加。

4.3。反向坡的影响疏散管式收集器的位置在自然循环太阳能热水器的性能

水循环的动力的太阳能热水器在热虹吸自然循环源于下压力和相对比,在水强制循环。在设计安装,水出口收集器通常略高于进水口,至少在同一水平,减少阻力,增加热虹吸压力。也就是说,收集管放置在爬向水出口的形式。平板太阳能热水器的结构特点通常确保太阳能集热器的斜率设置。全玻璃疏散管式收集器的分裂式太阳能热水器,水出口收集器可以低于进水口由于不均匀的地板或安装误差在实际的安装过程。在这种情况下,水的流通方向自然循环太阳能热水器会变化,因此影响混合冷水和热水,水在水箱分层。太阳能热水器的性能退化。

表6显示实验表演的全玻璃真空管状太阳能热水器与收藏家在5°角反向坡边坡位置和位置。在类似的太阳能辐照度、环境温度、风速、太阳能热水器与收集器的收集效率下降斜率位置是在60%以上;然而,太阳能热水器与收集器的收集效率反向坡位置大约是45%,比前者低15%。

太阳能热水器的性能恶化和收藏家在反向坡位置的变化结果temperature-based水在水箱分层。在图6(一),水箱分为三个区域从底部到顶部的坦克:地区A, B, c和地区地区从罐底水插座的坦克。与该地区,在罐底沉积可以避免进入收集器。地区的水不流通进入收集器,它实际上是一个死水区。从水出口地区B是水箱的进水口。地区C是进水口的背心。

在图6 (b),直线上升的地区一个收集器在下坡位置和反向坡位置。水温度分布在水里停滞区是由于传热方法:热传导。该地区热量输入来源于水地区区域B, B .水温与高度的增加线性增长时,收集器在下坡位置。在这种情况下,水的循环方向如图6(一),热水从收集器从入口进入水箱上部。温度较高的水在上部和下部的低温水,这不会导致该地区的水的流动。所以temperature-based水分层形式。用户的水出口的上部槽;因此,下坡位置,热水优先提供给用户。然而,在反向坡收集器放置,水温略有不同地区B,和水分层比前者。在这种情况下,水的循环方向是反向如图6(一)和收藏家的热水从入口进入水箱下部。温度较高的水在下部和上部的低温水,这将导致在该地区的水混合。temperature-based水分层还不清楚。在区域C,浮力导致热水的崛起和水混合,所以收集器的水温变化轻轻在下坡位置和反向坡位置。从上面的分析中,为收藏家反向坡位置,temperature-based水分层水箱是穷人,和收集效率很低。太阳能集热器应避免反向坡位置。

4.4。水箱的安装高度对效率的影响的太阳能热水器

阳台分裂式太阳能热水器、水槽之间的高度差和太阳能集热器的驱动力是自然水循环。过小的高度差会导致循环动力不足。相反,太大高度差会增加管道的长度和冷却面积,从而降低热水器的热效率。因此,适度的高度差是必不可少的同时实现足够的循环压力和保持的高热效率尽可能热水器和提高水温分层水箱。图7显示的高度的影响太阳能热水器水箱的效率。

在图7之间的高度差,当水箱的底部的出口收集器变化从0.14米到0.74米,太阳能热水器的热效率从62.5%上升到67.7%。上升主要是由于热虹吸压力的增加大于管道的阻力增量的阶段。增加水的循环会及时把太阳能集热器收集的热量水箱,从而提高系统热效率。然而,随着进一步增加0.74米到1.34米的高度差,热效率从67.7%减少到64%。在这个阶段,水箱的安装高度的崛起将放大热虹吸压力,它还大大增加管道的阻力和冷却系统的区域,最终导致系统热效率的下降而不是上升。也就是说,存在一个最优高度差之间的底部水箱的出口收集器为系统的热效率达到最大。对太阳能热水器太阳能收集总面积为1.5 m²和水箱容量为120升(如讨论的工作),最优高度差大约是0.74米。在实际安装中,0.44米~ 1.04米的高度差,根据特定情况下被认为是合理的,因为系统热效率在这个范围内的变化不超过3%。

5。结论

TRNSYS表面取向的影响进行了分析和边坡的太阳能收集器收集太阳辐射的阳台上分裂型太阳能热水器。在高纬度地区,太阳能集热器的表面方位角对太阳辐射的影响更大的集合。地面坡度角的偏差在±20°左右优化角度,每年总收集太阳辐射的变化小于5%。然而,随着偏差70°- 90°,变化已经上升到20%。

在我们的实验中,系统热效率与单排水平安排全玻璃真空太阳能热水器管式收集器与单行高于垂直布置在固定地面坡度角为90°。强制循环下,系统太阳能平板热水器的热效率提高到63%,在自然循环,循环泵功率是只有13%的热量增加。收集器的反向坡位置,temperature-based水分层水箱恶化,因此热效率低。太阳能集热器和水箱之间的高度差影响热虹吸压力和阻力。为提高系统效率,适当的提出水箱的安装高度。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这工作是部分实现资助研究项目51106134,经济上由中国国家自然科学基金的支持。

引用

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