Thermal Loss Analysis of a Flat Plate Solar Collector Using Numerical Simulation

In this paper,we studied theoretically and numerically heated losses of a flat solar collector to model the solar water heating system for the Kazakhstan climate condition.For different climatic zones with a growing cost for energy or lack of central heating systems,promising is to find ways to improve the energy efficiency of the solar system.The mathematical model(based on ordinary differential equation)simulated the solar system work process under different conditions.To bridge the modeling and real values results,we studied the important physical parameters such as loss coefficient,Nu,Ra,and Pr values.They impacted the efficiency of flat solar collectors and heat losses of the system.The developed mathematical models,the design and composition of the software and hardware complex,and automated control and monitoring systems allow solar hot water heating systems to increase the energy efficiency of life support systems and heat supply of buildings by reducing energy consumption for heat supply.The simulation result showed that during the daytime,the temperature of water in the collector is 70°C;the storage of heated water since heated water is cooled at night.We defined that a work period of the system can be extended with high efficiency(April-October)for Almaty region.

Solar Thermal Systems Performances versus Flat Plate Solar Collectors Connected in Series

This paper shows the modeling of a solar collective heating system in order to predict the system performances. Two systems are proposed: 1) the first, Solar Direct Hot Water, which is composed of flat plate collectors and thermal storage tank, 2) the second, a Solar Indirect Hot Water in which we added an external heat exchanger of constant effectiveness to the first system. The mass flow rate by a collector is fixed to 0.04 Kg·s–1 and the total number of collectors is adjusted to 60. For the first system, the maximum average water temperature within the tank in a typical day in summer and annual performances are calculated by varying the number of collectors connected in series. For the second, this paper shows the detailed analysis of water temperature within the storage and annual performances by varying the mass flow rate on the cold side of the heat exchanger and the number of collectors in series on the hot side. It is shown that the stratification within the storage is strongly influenced by mass flow rate and the connections between collectors. It is also demonstrated that the number of collectors that can be connected in series is limited. The optimization of the mass flow rate on cold side of the heat exchanger is seen to be an important factor for the energy saving.

Flat Panel Solar Thermoelectric System Size Optimisation at Different Vacuum Levels

A systematic experimental investigation to understand the effect of heat loss and the thermoelectric aspect ratio (cross sectional area and length) on a flat plate solar thermoelectric system performance was carried out. The investigation involved a series of experiments on systems with 4 different sizes of thermoelectric generators, and it was tested in 5 different vacuum levels during the steady-state. The detailed experimental investigation provided a substantial amount of data, which revealed that the system performance of both heat and electricity power were improved when the heat lost was minimised. The system’s performance strongly depended on the aspect ratio of the thermoelectric generators. This finding might have a significant impact on the cost of the system by saving the user’s and the manufacturer’s time in examining different TEGs with different aspect ratios in order to get the optimum size optimisation of the hybrid system, as well as reduce the manufacturing cost.

高寒地区平板热管式太阳能集热系统热性能研究

基于呼和浩特地区高寒气候条件,搭建两组完全一致的平板热管式太阳能集热系统,通过实验对比分析太阳辐射强度、传热工质流量、集热板表面积尘等因素对集热器瞬时集热效率以及系统热性能的影响。结果表明,在同等外界条件下,集热器的集热效率随着工质流量的增加而增大,集热效率与太阳辐射强度变化趋势相近,随积尘密度的增加,集热板表面积尘导致系统的得热量减少,集热性能下降。

基于TRNSYS的太阳能耦合污水源热泵系统性能分析

以徐州市某地区某污水处理站为研究对象,为响应节能减排,寻求改造方案。为与建筑一体化,在其屋顶布置平板式太阳能集热器,可直接提供热能,或为污水源热泵机组提供低温热工质,提高热泵机组蒸发器进口温度,进而提高制热效率。基于TRNSYS搭建太阳能耦合污水源热泵系统运行模型,研究表明系统能耗为15.3 MW,系统COP值为4.0,性能较为优越。与污水源热泵系统相比,耦合系统运行较为稳定,系统性能得到较大提升,节能效果明显。耦合系统较污水源热泵系统COP值提高10.5%,能耗降低11.1%。耦合系统评价因子为0.983 2,是最优的制热方案,系统保证制热稳定的同时,兼顾其经济节能性、可靠安全性。

一种新型全铝扁盒式PV/T热水系统

将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来,制成了一套自然循环式光伏光热一体化(PV/T)系统,在利用太阳能发电的同时提供热水。于04年7月-10月在合肥地区进行了室外实验,测试并讨论了该系统以不同水量和不同初始水温运行时的光电光热性能。结果表明,当m/Ac>80kg/m2时,这种PV/T热水系统的发电效率在10.15%左右,热效率在50%左右,光电光热总效率可以达到60%左右,光电光热综合性能效率可以达到70%左右。相对于单纯的光伏系统或自然循环式太阳能热水系统,这种PV/T热水系统具有占地面积小、综合效率高等优点。

新型PV/T太阳能利用复合系统的实验研究

为提高PV/T系统太阳能利用率,同时获得可利用的热水和电力,将铝合金背板型单晶硅光伏组件和自行设计制作的不锈钢扁盒式集热板相结合,用导热硅胶加以粘接制成新型光伏光热一体化(PV/T)复合系统,该系统实现了光伏组件与集热板之间良好的粘接性、绝缘性和热传导,并在昆明地区对系统进行测试,分析了系统在不同水箱水容量及不同天气工况下运行的光电光热性能。结果表明,系统在75kg水箱水容量(m)晴天工况下运行效率更高,系统的平均电效率、热效率、综合效率及综合性能效率分别在14%、37%、51%、70.72%左右,与系统在50kg水箱水容量晴天或75kg水箱水容量多云工况下运行相比,综合性能效率约提高了11.86%或2.09%。与独立的光热或光伏系统相比,具有占地面积小、太阳能利用率高、更经济等优势。

平板太阳能集热器热性能数学建模及模拟

以平板太阳能集热器作为研究对象,通过对平板太阳能集热器热性能进行理论推导,引入效率因子,构建更为准确、便捷的平板集热器的数学模型,进行计算机程序模拟。根据模拟数据得出吸热体板芯几何结构、板芯用材对平板太阳能集热器性能的影响。在不降低集热器效率因子的情况下,使翅片的单位面积质量降低45.8%;在材料消耗相同的情况下,集热器效率因子提高了0.03。

太阳能空气集热建筑模块冬季热性能优化实验研究

以建筑集成的太阳能空气集热建筑模块为研究对象,利用与实际住宅等大的实验平台,针对不同的集热板形式和空气流动方式对集热建筑模块热性能的影响进行了实验研究。重点讨论了开孔平板型、开孔孔径大小以及设置空气间层分隔板等对改善集热建筑模块热性能的影响。实验结果表明,开孔平板型较实心平板型的热性能得到明显的改善,孔径优化后(孔径为5mm、孔间距为15mm)的热效率可提高30%以上;另外,设置空气间层分隔板相对于小孔径(d=5mm)而言,采用大孔径(d=10mm)时出风口升温效果更明显。

全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析

以全流道式平板型太阳能集热器为研究对象,首先进行了集热性能试验测试,在此基础上,利用CFD技术对不同排管管径全流道吸热板内传热介质的流动与传热进行模拟。试验结果表明,全流道集热器集热性能好、保温性能优,最高瞬时集热效率可达86.1%,热损失系数仅为4.179 W/(m^2·℃);与有关国家标准比较,最高瞬时集热效率高14.1%,热损失系数低1.82 W/(m^2·℃)。模拟结果表明:全流道板芯在增大流体传热接触面积的同时产生了横向导流作用,使各排管间流体流量分布更为均衡;全流道板芯热阻小,壁面上热流分布均匀,有效地增大了板芯的对流换热。

微热管阵列平板太阳能集热器中空保温层厚度优化

为分析微热管阵列平板太阳能集热器的热性能，该文建立了集热器的CFD模型，对其进行数值模拟，将模拟结果与试验结果进行对比，验证了模型的可靠性。采用该CFD模型对集热器保温层厚度进行优化，结果表明，当实心保温层导热系数分别为0.02、0.03、0.04、0.05 W/（m·K）时，优化的实心保温层厚度分别为4.5、5.0、5.5、5.5 cm。合理设计的中空保温层（空气层与实心保温层相结合的保温层形式）集热器能够达到与实心保温层集热器相当的保温隔热效果，同时可使集热器保温层成本及质量降低25%～50%。最后，该文给出了保温层总厚度分别为4、5、6 cm时的中空保温层厚度优化结果，为该类集热器保温层的设计提供了理论依据。

平板太阳能集热器强化传热特性研究

介绍平板太阳能集热器的典型结构、传热特性及数学模型,综述平板太阳能集热器改进透明盖板,设置透明隔热层,改进吸收涂层,优化吸热板、采用纳米流体等强化传热措施及发展趋势。

空气源热泵-太阳能组合系统在寒冷地区运行特性的模拟研究

对郑州某办公楼的空气源热泵供暖系统进行了供暖性能实验,分析了室外气温和供暖负荷率对机组运行效果的影响,结果表明,寒冷地区冬季采用空气源热泵进行供暖具有技术可行性但并不经济。基于实验数据,对空气源热泵-太阳能组合系统进行了模拟研究,分析了不同供暖面积下,冷凝温度、蒸发温度、集热器面积及供水温度等对热泵供暖运行性能的影响,提出较为合理的匹配及运行方式。

Cu-H_2O纳米流体平板太阳集热器集热性能研究

采用两步法配制Cu-H2O纳米流体,对不同质量分数、粒径的Cu-H2O纳米流体和水作为平板太阳热水器的集热工质,测试其导热系数,并在相同太阳辐照下进行集热性能实验,研究平板集热器的集热效率、水箱中的水温与得热量。实验结果表明:纳米流体可明显提高水的导热性能。粒径为25 nm,质量分数为0.10%的Cu-H2O纳米流体集热效率比水的提高了23.83%,质量分数为0.20%的Cu-H2O纳米流体的集热效率反而低于0.10%的。粒径为50 nm的Cu-H2O纳米流体集热效率低于粒径为25 nm的。粒径为25 nm、质量分数为0.10%的纳米流体循环系统中最高水温与最高得热量相对于水作为工质分别提高了12.24%和24.52%。

太阳能空气集热器中蜂窝结构的试验对比研究

介绍了一种用于建筑采暖的平板式集热器,针对平板式集热器中透明蜂窝结构抑制对流减少热损失的效应进行试验研究。通过对不同蜂窝盖板的集热器的空晒和抽气试验,发现小尺寸的蜂窝虽然能够抑制对流引起的热损失,但由于遮光和肋面热传导的增加又抵消了因抑制对流而带来的好处。在试验采用的几种蜂窝尺寸中,发现50 mm×50 mm×25 mm的蜂窝为较佳方案;对于相同高度(25 mm)、相同矩形截面(50 mm×25 mm)的蜂窝,在出口空气温度较低时,矩形截面水平放置(50 mm×25 mm)和垂直放置(25 mm×50 mm)给出相近的空气温度;但在出口空气温度较高时,则水平放置时的空气温度比垂直放置时高。

直流式系统中平板型太阳能集热器数值模拟研究

由于非稳态传热问题通过理论计算得到解析解较困难,本文运用数值模拟方法研究定温放水型直流式系统中平板型太阳能集热器的工作状况,讨论了集热器的管径和管中心距在非稳态传热条件下对集热器的效率和每平方米产水量的影响。可得到结论扁盒式集热器具有较高效率;相同条件下,管径越大集热器效率越高。该结果有利于优化直流式平板集热器的设计参数。

太阳能热水系统的实验研究

性能良好的太阳能集热器是太阳能热水系统关键设备之一。该文简单介绍了强制循环太阳能热水系统原理 ,着重考察了一种低温平板太阳能集热器在青岛气候条件下的工作性能 ,测定了瞬时效率曲线 ,其热损系数为 5 .76W /(m2 ·℃ )。

碳塑太阳能平板集热器热损系数的研究

传统金属平板集热器因水质影响易发生管路腐蚀,而碳塑平板集热器的塑料管道具有良好的抗腐蚀性能,可以极大延长集热器的使用年限。基于碳塑太阳能平板集热器对其热损系数进行研究,通过对平板集热器的热损系数理论分析,提出在无太阳辐射的室内条件下进行热损系数的测定试验方法,本文提出的碳塑平板集热器测得的热损系数约在7.2 W/(m^2·K),顶部热损系数在4.3 W/(m^2·K)左右,顶部热损系数约占总热损系数的60%,结构设计基本上合理,最后对比分析理论值与试验值,发现误差均在10%以内,说明测定方法可靠。该研究简化集热器热损系数的测定步骤,在设计集热器时可参考该研究降低热损失。

热管平板集热器设计优化

简单介绍了热管平板集热器的特点及应用前景,在分析传热的基础上,讨论各因素对传热效率的影响,从而进行优化设计。