太阳能制冷系统的优化分析

太阳能制冷系统的优化分析陈金灿，严子浚（厦门大学物理系厦门３６１００５）关键词：制冷系统，太阳能集热器，优化分析一、引言确定太阳能热力循环系统集热器的最佳工作温度，一直是集热器优化设计中的一个重要问题［１－４］。特别是应用有限时间热力学理论来研究这个...     

Study of space heating by dual-function solar collectors

A novel solar collector named dual-function solar collector （DFSC） has been proven feasible for sup-plying warm air for space heating in winter and hot water during none-heating season by theoretical and experimen-tal studies. While integrated with building, the DFSC becomes component of the envelope. Because complexly coupling of several heat transfer modes and subjecting to random weather condition, the thermal influence of DFSC on a building remains obscure. In order to investigate the effect of DFSC for passive and active heating, a demon- strating office building integrated with DFSC panels on the southern wall and roof has been built in Hefei, in the east region of China. A simulation project of the whole building system in winter was built by the software TRNSYS with the new component developed for DFSC and compiled into the TRNSYS library based on the validated theoretical method and experimental results from previous studies. The simulation results show that the energy supplied by the DFSC can meet the heating requirement at most of the time of a sunny day, except early morning. More than 30 % solar fraction can be provided during the whole heating season in Hefei, the value further increases to 59 % in a region of high solar irradiance, such as Lhasa. While active DFSC panels are operated to provide fresh warm air through ventilation system, the flow rate shows strong influence on the solar fraction of heating load. With appropriate operation scheme of the active DFSC, more energy savings and thermal comfort can be achieved.     

太阳能光伏/光热复合集热器能量转换性能的数值模拟

建立太阳能光伏/光热(PV/T)复合集热器的光电与光热耦合能量转换的数值模型,利用TRNSYS软件模拟PV/T集热器的光电、光热转换性能,分析结构参数和运行参数对PV/T集热器的能量转换性能的影响.计算结果表明:减小集热板排管的管间距与管径的比值有利于提高光热与光电转换性能;冷却流体的入口温度对PV/T集热器的性能影响显著,较低的入口流体温度有利于保持更高的光热和光电转换效率.增加冷却流体的入口质量通量可提高光热和光电效率;当入口质量通量增加至6.9 g/(s·m2)时,PV/T集热器的热、电效率分别为66.2％和10.8％,进一步增加入口质量通量对提高光热、光电效率的作用不大.     

强化太阳池热性能实验研究

建立了两个表面尺寸2.4m×2.4m、深1.2m结构相同的小型盐水太阳池,通过向太阳池底部添加多孔介质、在太阳池表面加透明塑料膜盖,以及将太阳池与太阳能集热器相结合的方法,探索强化太阳池热性能的途径.实验结果表明:多孔介质用于太阳池可以起到降浊、蓄热的双重功效、加透明塑料膜盖可以有效降低太阳池浊度,减少表面散热,并影响下对流层温度分布;辅加太阳能集热器可以明显增加太阳池下对流层温度,但对非对流层和上对流层影响较小.     

抛物面槽式太阳能集热器热性能稳态与动态测试方法的比较

抛物面槽式太阳能集热器热性能测试主要可以分为稳态和动态测试2种方法,依据二者所采用的物理模型,比较它们的应用范围,并且分析各自的优缺点.基于北京延庆实验平台测得的天气和集热器运行数据,运用最小二乘法进行模型的多元回归,得到稳态测试模型和动态测试模型的判定系数分别为0.58和0.96.研究表明:对于稳态测试方法,虽然物理参数少,但测试条件要求极高,只能在特定的实验装置上进行,不适合于实际运行方式下的槽式集热器;而动态测试方法充分考虑集热器的光学响应和热容特性,因此很大程度上降低了测试条件,使现场规模化槽式集热器热性能测试成为可能,是未来标准测试方法的发展趋势.     

槽式太阳能聚光集热器光热效率实验研究

基于自行研究开发、呈东西轴布置的太阳能槽形抛物面聚光集热器,建立了评估其光热性能的实验台,对其光热特性进行了详细实验研究。实验结果表明聚光集热器效率较高。聚光器与全新集热器组成的太阳能槽形抛物面聚光集热器峰值效率达70%左右,聚光器结构性能较好,跟踪驱动系统精度较高;但部分集热器经过320℃以上的温度后快速老化,致使整个太阳能槽形抛物面聚光集热器的热性能逐渐下降。     

聚光太阳能PV/T空气集热器能量和(火用)效率分析

文中建立了带有散热翅片的复合抛物面聚光太阳能PV/T空气集热器内部传热过程的一维稳态数学模型,对传热过程进行了数值模拟,对集热器热、电、(火用)和净电效率进行了计算.分析了空气质量流量、入射光强度、风速对集热器的空气温度及系统各效率的影响.结果表明:随着入射光强度的增加,空气进出口温差、热和(火用)效率是增大的,而电效率则有所降低.随着空气流量的增加,系统的净电效率和进出口温度差是降低的.通过计算可知集热器的(火用)效率在18%～11%,热效率可达65%,净电效率低于2%,并明显受空气质量流速的影响.     

套管型太阳能吸附集热器实验研究

针对常用太阳能吸附制冷装置采用平板式太阳能吸附集热器存在的不足,如焊接密封工艺要求高,不能应用氨工质,工程应用检修要求复杂等,本文构造了套管型太阳能吸附集热器,它除了可有效克服上述问题外,还可采用玻璃真空管等工艺取代发泡材料进行热防护处理,而且还能用于以真空系统运行的太阳能吸附制冷系统(采用水或甲醇等为制冷剂)。本文以活性碳-甲醇为工质对,对套管太阳能吸附集热器进行了实验,研究发现,该装置性能与玻璃套管类型,管间距等有关。采用普通型玻璃套管,其性能比平板吸附集热器系统略有下降,但处理工艺比较简单,成本较低,商用前景较好。     

聚光型混合光伏光热系统热电性能分析

混合光伏光热(PV/T)系统将光伏组件与太阳能集热器组合在一起,能够同时提供电能和热能,具有较高的太阳能综合利用效率.建立了具有平板式蛇形冷却通道的聚光型混合光伏光热系统的三维稳态模型,对其中的光电光热转换以及流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了聚光比、冷却流体质量流率、环境风速,以及是否加装玻璃盖板等对系统性能影响的规律.     

抛物槽式太阳能集热器集热实验及模拟研究

本文采用真空集热管在抛物槽式太阳能平台上进行了实验研究,传热工质为YD300型合成导热油。实验测定了该集热管的散热损失,并数值模拟了吸热管表面的能流密度分布。以此为边界条件研究了该集热管的换热性能。结果表明,循环工质温度和环境温度之差为180℃时,散热损失为220 W/m;该集热器吸热管表面圆周方向能流分布集中,流量对温度分布影响较大,当太阳直射辐照为1000 W/m~2,导热油温度为200℃,流量为0.5 kg/s时,吸热管圆周方向最大温差50℃左右,当流量增加到2.0 kg/s时,最大温差减小到20℃左右。