太阳能热利用原理

1新能源科学与工程学院太阳能热利用原理与计算机模拟课程设计学院：新能源科学与工程学院专业班级：太阳能光热技术及应用学生姓名：周杰学号：1103040028指导教师：黎艳兵实施时间：2013.11.18—2013.11.22项目课程成绩：2姓名周杰课程设计成绩评语：指导教师（签名）3摘要我国拥有全球最大的太阳能热水器（系统）生产能力，也是全球最大的太阳能热水器系统的应用市场。本文对北京某个小区进行设计，并太阳能集热器的使用进行了计算，去模拟，得出节能分析，合理的价格，对太阳能集热器的应用进行了，科学计算对其计算结果，做出合理的分析合理的解释。4目录一、数据参数1、工程概括..........................................................................................52、参数设计..........................................................................................5二、集热器参数计算1、热水系统负荷计算.....................................62、集热器采光面积.......................................73、设备选型.............................................84、系统节能效益分析.....................................10三、部件参数1、天气参数............................................132、集热器数据..........................................133、水泵参数........................................................................................144、温差控制器..........................................145、水箱................................................156、调节阀..............................................167、T型阀...............................................168、Waterdraw..........................................169、绘图................................................17四、图像1、水泵消耗的电能.............................................................................182、集热器的有用能...............................................................................183、用水温度.............................................194、辅助加热消耗的能源......................................................................195一、数据参数1、工程概括（1）北京某小区，北纬39°48′，东经117°；内有200人。（2）供热水时间6点到22点，热水温度45℃，冷水温度15℃，每人每天用水量40L。2、参数设计（1）气象参数年太阳辐照量：水平面5570.481MJ/㎡,40°倾角表面6281.993MJ/㎡年平均日太阳辐照量：水平面，15.252MJ/㎡,40°倾角表面17.217MJ/㎡年日照时数：2755.5h，年平均温度：11.5℃年太阳辐照量：水平面5570.481MJ/㎡,40°倾角表面6281.993MJ/㎡年平均日太阳辐照量：水平面，15.252MJ/㎡,40°倾角表面17.217MJ/㎡年日照时数：2755.5h，年平均温度：11.5℃（2）热水参数设计日最高用水定额：100L/(人·d）日平均用水定额：40L/（人·d）设计热水温度：45℃设计冷水温度：15℃6二、集热器参数计算1、热水系统负荷计算（1）总用水人数200人（2）系统设计日用热水量mqqrrd式中rdq——设计日用水量，L/d;rq——最高日热水用水定额，100L/（人·d）；m——用水计算单位数，200人。则rdq20000L/d系统平均日用热水量mqQarwwQ——平均日用热水量，L/d；arq——日平均用水定额，40L/d；m——用水计算单位数，200人。则wQ=8000L/d设计小时耗热量计算TttcmqKQrLrrhh3600)(hQ——设计小时耗热量，W;m——用水人数，200人；rq——最高日热水用水定额/(100L人)d；c——水的比热容，kgJ/(4187℃)；rt——热水温度，45℃；Lt——冷水温度，15℃，地下水温度；7r——热水密度，近似取Lkg/1；hK——小时变化系数，4.8；T——每日使用时间，24h；即hQ139567W2、集热器采光面积（1）)1()(LcdTLendrwJfttcQAccA——直接系统集热器采光面积，㎡；wQ——平均日用水量，8000L/d;c——水的比热容，4.187kJ/(㎏·℃）；r——热水密度，近似取1㎏/L；endt——贮水箱内水的终止温度，45℃；Lt——冷水温度，15℃；TJ——年平均集热器倾角表面年平均日辐照量17217kJ/㎡；f——太阳能保证率，f=0.5；L——管道及贮水箱的热损失率，0.2；cd——太阳能集热器的全日集热效率。（2）归一化温差GttXai)(式中it——集热器入口温度,2053])([23LLendLitttftt；at——北京年平均日室外空气温度，15℃；G——年平均日太阳辐照度，W/㎡;8YTSJG6.3YS——年平均每日的日照小时数，7.5h;即：G=638W/㎡则归一化温差X=0.0078㎡·℃/W；即计算出集热器面积Ac=67.5㎡，由于集热器每块面积是2㎡，则集热器面积应为68㎡；3、设备选型（1）集热器的选取集热器面积：22m集热器的使用寿命：15年；集热器品牌：LMDK-平板太阳能集热器；集热器价格：1500元集热器连接方式：串联集热器基本参数瞬时效率：0.7玻璃透射率：92%热功率：1500W热损系数：3.0%水箱体积：250L外形尺寸：2015×1015×80吸收率：95%，发射率：5%（2）贮热水箱9按每平方米太阳能集热器采光面积对应75L贮热水箱容积确定：水箱的有效容积crAV75210.5m水箱使用寿命：15年辅助热源为电加热，按容积式换热器考虑。其贮热量应保证系统用户90min设计小时耗热量计算，即Q=662.7536090hQMJLttcQVLendr6000)(辅助加热量：)(163.1LrrhgttTVQQgQ——辅助加热器的设计小时工热量，W;hQ——设计小时耗热量，139567W;——热水密度，近似取Lkg/1；——有效贮热容积系数，0.85T——设计小时耗热量持续时间，4h；rt——热水温度，45℃；Lt——冷水温度，15℃。即gQ95082.25W电加热的效率按95%考虑，则电加热的加热量为95082.25/0.95=100086.58W辅助热源价格：电价0.49元/)(hkW（3）水泵：热水系统循环泵热水系统的循环流量为hL/340，水泵扬程考虑循环水量通过配水管个会水管的水头损失，计算得：OmHH210。10水泵寿命：15年水泵品牌：威乐热水循环泵PH-1500Q(380v/50h)水泵价格：2000元（3）控制器：温差控制器控制器品牌：温差控制器LC-215B+电源电压及功耗：220VAC/50Hz;功率损耗:220VAC4W温度测量范围：-20℃~+140℃;温差控制器寿命：15年价格：1000元（4）水管：PPR管4、系统节能效益分析太阳热水系统总增加投资6万元。（1）太阳能系统的年节能量cdcAinsaveJAQ)1(saveQ——太阳能集热系统提供的有用热量，MJ；inA——间接系统的太阳能集热器面积，392m；)1(hxhxCLRcINAUAUFAAinA——间接系统集热器总面积，2m；CA——直接系统集热器总面积，2m；LRUF——集热器总热损系数，4.22/(mW℃)hxU——换热器传热系数，25002/(mW℃)hxA——间接系统换热器换热面积，1.52m11CA=742mAJ——太阳能集热器采光表面上的年太阳辐照量，5964.229MJ/2m；cd——太阳能集热器的全日集热效率，0.62；c——管路和水箱的热损失率，0.25即saveQ=205230MJ去电加热设备的效率为95%，太阳能热水系统的年节能量ssaveesQCQ3600308.29sQ——太阳能热水系统的年节能量，MJ；s——辅助热源系统的工作效率，0.95；eC——我过单位供电煤耗，)/(349hkWg；即sQ613801MJ(2)寿命期内太阳能热水系统的总节能费用ddcsADJACQPISAV)()()11(11eddeedPInSAC——系统寿命期能总节省费用，元：PI——折现系数；d——5年以上银行贷款利率5.94%e——年燃料价格上涨率，1%N————分析节省费用年限，15年PI=10.35312CC——常规能源热价，效率95%热价0.14元/MJdA——太阳能热水系统总增加投资，6.0万元DJ——维修费用占总增加投资1%sQ——174396MJ15年内节省SAV=10.8万元13三、部件参数1、天气参数Parameter1DataReaderMode2-3Skymodelfordiffuseradiation4-4Trackingmode1-Input1Groundreflectance0.3-2Slopeofsurface40degrees3Azimuthofsurface0.0degrees2、集热器数据Parameter1Numberinseries10-2Collectorarea68m^23Fluidspecificheat4.190KJ/kg.K4Efficiencymode1-5Testedflowrate40.0kg/hr.m^26Interceptefficiency0.80-7Efficiencyslope13.0KJ/hr.m^2.K8Efficiencycurvature0.05KJ/hr.m^2.K^2149Opticalmode22-101st-orderIAM0.2-112nd-orderIAM0-Input1Inlettemperature15.0C2Inletflowrate500㎏/hr3Ambienttemperature15C3、水泵参数Parameter1Ratedflowrate500㎏/hr3Ratedpower1000KJ/㎏.KInput1Inletfluidtemperature15.0℃2Inletfluidflowrate500㎏/hr4、温差控制器Parameter2Highlimitcut-out100.0℃1UpperinputtemperatureTh20.0℃Input2LowerinputtemperatureTl15.0℃3MonitoringtemperatureTin20