太陽能熱利用課程設(shè)計1

1、新能源科學(xué)與工程學(xué)院太陽能熱利用原理與計算機(jī)模擬課程設(shè)計 學(xué) 院： 新能源科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級： 太陽能光熱技術(shù)及應(yīng)用 學(xué)生姓名： 章杜彬 學(xué) 號： 1103040036 指導(dǎo)教師： 詹長軍 實施時間： 2013.11.182013.11.22 姓名 章杜彬 課程設(shè)計成績 評語： 指導(dǎo)教師（簽名） 摘要太陽能是太陽內(nèi)部或者表面的黑子連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為1,369w/。地球赤道的周長為40,000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達(dá)173,000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2，地球表面某一點24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kw/，

2、相當(dāng)于有102,000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外），雖然太陽能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發(fā)利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達(dá)173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤，每秒照射到地球的能量則為499,400,00,000焦。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能都是來源于太陽。太陽能既是一次能

3、源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。關(guān)鍵詞：太陽能集熱器系統(tǒng)設(shè)計 太陽能集熱器面積 設(shè)備的選型 目錄第一章 項目概況51.1 建筑概況51.2 氣象參數(shù)5第二章 太陽能集熱器系統(tǒng)設(shè)計62.1 集熱器傾角設(shè)計62.2 太陽能集熱器面積設(shè)計6第三章 設(shè)備選型93.1 太陽能集熱器93.2 貯熱水箱93.3 輔助熱源10 3.4 控制器10第四章 太陽能熱水系統(tǒng)的總預(yù)算114.1太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量11 4.2壽命期內(nèi)太陽能熱器系統(tǒng)的總節(jié)省費用 114.3 回收年限13第五章 太陽能

4、熱水系統(tǒng)的計算機(jī)模擬135.1熱水系統(tǒng)設(shè)計及部件裝配135.2部件參數(shù)13第六章 模擬計算報告18參考文獻(xiàn) 20第一章 項目概況1.1 建筑概況該建筑為北京某大學(xué)學(xué)生宿舍，緯度：北緯39°48，經(jīng)度：東經(jīng)117°；該宿舍樓滿員200人。供熱水時間為早上6點到晚上10點，用水溫度45，每人每天用水量40L。1.2 氣象參數(shù) 北京年太陽輻照量：水平面5570.48MJ/,40°傾角表面6281.99MJ/年平均日太陽輻照量：水平面15.25MJ/,40°傾角表面17.21MJ/年日照時數(shù)：2755.5h年平均溫度：11.5沙塵暴從1951年至2000年間，年

5、均28天，最高年份是1952年，達(dá)87天，最少年份為2天，發(fā)生季節(jié)以12月至翌年4月占62%，春季特別是4月份最多，8、9月份最少，僅占15%。年均情況為，大風(fēng)22天，揚(yáng)沙20天，浮塵6天，沙塵暴2.4天。沙塵暴最多年份1966年達(dá)20天，50、60年代年均5天，70年代年均不到1天；2000年以來每年都有多次發(fā)生沙塵暴。第二章 太陽能集熱器系統(tǒng)設(shè)計2.1 集熱器傾角設(shè)計利用Meteo Norm v4.0軟件計算得出：北京正南方向30°40°的補(bǔ)償面積最大，故集熱器傾角取40°。2.2 太陽能集熱器面積設(shè)計1、熱水系統(tǒng)負(fù)荷計算（1）用水人數(shù)總用水人數(shù)200人（2）

6、 系統(tǒng)日熱水量計算系統(tǒng)設(shè)計日用熱水量式中 設(shè)計日用水量，L/d; 最高日熱水用水定額，100L/（人·d）； m用水計算單位數(shù)(人數(shù)或床位位數(shù)），200人。則 20000L/d系統(tǒng)平均日用熱水量式中 平均日用熱水量，L/d； 日平均用水定額，40L/d； 用水計算單位數(shù)，200人。則 =8000L/d（2）集熱器采光面積的確定式中 直接系統(tǒng)集熱器采光面積，； 平均日用水量，8000L/d; c 水的比熱容，4.187kJ/(·）； 熱水密度，近似取1/L； 貯水箱內(nèi)水的終止溫度，45； 冷水溫度，15； 年平均集熱器傾角表面上年平均日輻照量，17217kJ/； 太陽能保證率

7、； 管道及貯水箱的熱損失率； 太陽能集熱器的全日集熱效率。確定太陽能保證率 北京屬于太陽能資源一般區(qū)，系統(tǒng)偏重于在春、夏、秋三季使用，表1（不同地區(qū)太陽能保證率的選值范圍4），取太陽能保證率=0.5。 確定管路及貯水箱熱損失率 由于系統(tǒng)保溫的熱水管路和貯熱水箱等部件都在室內(nèi)，環(huán)境溫度較高，取0.25。集熱器全日集熱效率歸一化溫差式中 集熱器入口溫度, ； 北京年平均日室外空氣溫度，11.5； 年平均日太陽輻照度，W/;式中 年平均每日的日照小時數(shù)，277.5h÷365d=7.5h.則 G=638W/則歸一化溫差X=0.0133·/W。根據(jù)歸一化外溫差查集熱器生產(chǎn)廠家提供的集

8、熱器效率曲線605040302010瞬時效率0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 基于進(jìn)口溫度的歸一化溫差 圖1，得=0.57。將以上參數(shù)帶入集熱器采光面積計算公式，得Ac=68.26，集熱器的規(guī)格為2 一塊，則需要塊集熱器，實際集熱器面積為70。第三章 設(shè)備選型3.1 太陽能集熱器 本工程需要70的集熱器，每塊集熱器的面積是2，應(yīng)用串聯(lián)的方法5個一串，共7個陣列；采用捷森HJ型集熱器，集熱器的使用年限是15年。3.2 貯熱水箱按每平方米米太陽能集熱器采光面積對應(yīng)75L貯熱水箱容積確定：水箱的有效容積 =75·

9、;=75×70=5250L=5.25m³貯水容積 式中設(shè)計小時耗熱量，W; m用水人數(shù)，200人； 最高日熱水用水定額100L/（人·d）； c水的比熱容，4187J/(·）；熱水溫度，45；冷水溫度，15； 熱水密度，近似取1/L；小時變化系數(shù)，4.8；T每日使用時間，16h。則 =209350W容積式熱交換器貯熱量保證系統(tǒng)用戶90設(shè)計小時耗熱量，即 =90×60=1130.499000L=9m³3.3 輔助熱源輔助熱源為電加熱，放置于水箱中。輔助加熱量按下式計算：式中輔助加熱器的設(shè)計小時供熱量，W;設(shè)計小時耗熱量，=209350W

10、；熱水密度，近似取1/L；有效貯熱容積系數(shù)，0.75；T設(shè)計小時耗熱量持續(xù)時間，4h熱水溫度，45；冷水溫度，15；則 =150473.125W電加熱的效率按95%考慮，則電加熱的加熱量為162512.45/0.95=158392.76W。保險取160000W3.4 控制器溫差控制器第4章 太陽能熱水系統(tǒng)的總預(yù)算4.1太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量式中太陽能集熱器系統(tǒng)提供的有用熱量，MJ; Ac直接系統(tǒng)集熱器采光面積，70； 太陽能集熱器傾角表面上的年太陽輻照量6281.99MJ/； 太陽能集熱器的全日集熱效率57%。 管道及貯水箱的熱損失率0.25；則 =187988.55MJ取電加熱設(shè)備的效率為

11、95%，太陽能熱水器的年節(jié)能量式中太陽能熱水器的年節(jié)能量，MJ； 輔助熱源系統(tǒng)的工作效率，0.95； 系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)年我國單位供電煤耗，349g/（kW·h）； 則 =562233.74MJ4.2 壽命期內(nèi)太陽能熱器系統(tǒng)的總節(jié)省費用 式中SAV系統(tǒng)壽命期內(nèi)總節(jié)省費用，元； PI折現(xiàn)系數(shù)； d五年以上銀行貸款利率6.55%年執(zhí)行）； e年燃燒價格上漲率，按1%考慮； n分析節(jié)省費用的年限，取15年；取 PI=9.941 常規(guī)能源熱價，電加熱效率取95%，則熱價為0.14元/MJAd太陽能熱水系統(tǒng)總增加投資，10萬；DJ維修費用占總增加投資的百分比，一般取1%； 按照計算得197882.68

12、MJ15年內(nèi)節(jié)省燃料費用 SAV=16.546萬4.3 回收年限系統(tǒng)回收年限為系統(tǒng)節(jié)省的總費用等于系統(tǒng)投資的年限為回收年限此時折現(xiàn)系數(shù) 3.74回收年限 4.35年第5章 太陽能熱水系統(tǒng)的計算機(jī)模擬5.1熱水系統(tǒng)設(shè)計及部件裝配5.2部件參數(shù)1、天氣數(shù)據(jù)參數(shù)1Data Reader Mode2-3Sky model for diffuse radiation4-4Tracking mode1-輸入1Ground reflectance0.2-2Slope of surface40degrees3Azimuth of surface0.0degrees2、集熱器參數(shù)1Number in serie

13、s35-2Collector area70m23Fluid specific heat4.190KJ/kg.K4Efficiency mode1-5Tested flow rate40.0kg/hr.m26Intercept efficiency0.80-7Efficiency slope13.0KJ/hr.m2.K8Efficiency curvature0.05KJ/hr.m2.K29Optical mode 22-101st-order IAM0.2-112nd-order IAM0-輸入1Inlet temperature202Inlet flow rate1000/hr3Ambien

14、t temperature159Collector slope40degrees3、水泵參數(shù)1Rated flow rate600/hr3Rated power1000KJ/.K輸入1Inlet fluid temperature15.02Inlet fluid flow rate500/hr4、溫差控制器參數(shù)2High limit cut-out100輸入1Upper input temperature Th100.02Lower input temperature Tl15.03Monitoring temperature Tin45.05Upper dead band DT10.0Tem

15、p.Difference6Lower dead band T2.0Temp.Difference5、 水箱參數(shù)2Tank volume95Tank loss coefficient (-)-3.0KJ/hr.m2.K6Height of node-10.05m7Height of node-20.05m8Height of node-30.05m9Height of node-40.05m10Height of node-50.05m11Height of node-60.05m12Auxiliary heater mode1-13Node containing heating element

16、 11-14Node containing thermostat 11-15Set point temperature for element 145.016Dead band for heating element 15.0delta17Maximum heating rate of element 1160000w25Boiling point100輸入5Environment temperature15.06、 調(diào)節(jié)閥輸入1Inlet temperature15.03Heat source temperature55.04Set point temperature457、 T型閥輸入1T

17、emperature at inlet 120.02Flow rate at inlet 1100.0/hr3Temperature at inlet 220.04Flow rate at inlet 2100.0/hr8、 Water draw參數(shù)1Initial value of time0hr2Initial value of function0/hr3Time at point-16hr4Water draw at point -10/hr5Time at point-26hr6Water draw at point -2500/hr7Time at point-322hr8Water

18、 draw at point -3500/hr9Time at point-422hr10Water draw at point -40/hr11Time at point-524hr12Water draw at point -50/hr9、在線繪圖參數(shù)1Nb. of left-axis variables2-2Nb. of right-axis variables2-3Left axis minimum0.0-4Left axis maximum150-5Right axis minimum0.0-6Right axis maximum1000.0-輸入1Left axis variable-1Outlet2Left axis variable-2Outlet3