云南南向平板太阳能热水系统水箱水量与集热面积配比特性研究

文章基于平板型集热器日均能量输出模型,建立了太阳能热水系统水箱水量与集热器面积的配比模型。以云南7城市的典型气象数据为例,利用所建模型对太阳能热水系统的水量配比进行了计算,给出了水箱终温为60℃时各城市各季节或全年使用太阳能热水系统的水量配比的取值范围。为便于工程应用,文中给出了水量配比与倾角间相关系数大于0.999的二次关系式。进一步讨论发现,云南7城市春季、夏季、秋季、冬季或全年使用的太阳能热水系统集热器的最佳倾角分别为10~15°,0~0°,32~38°,45~50°,24~30°;其对应的水量配比分别为50~60 kg/m2,44~51 kg/m2,43~56 kg/m2,44~58 kg/m2,46~52 kg/m2。针对不同的供热目的 ,可利用文中的关系式和各季节或全年的最佳倾角对太阳能热水系统进行优化设计。

太阳能平板型集热器阵列排布优化

为了优化集热器阵列排布便于水平屋顶有限空间的安装,该文建立了日均遮挡模型和太阳辐射模型。利用所建模型研究了集热器阵列排布长宽比与纬度、日均遮挡因子、阵列占地面积、到达集热阵列的太阳辐射量间的关系。结果表明,大型集热器阵列(占地面积≥500m2),冬至日日均遮挡因子随阵列长宽比和纬度的增加而增大。长宽比∈[1/10,3/1)时,日均遮挡因子上升较快;长宽比∈[3/1,10/1]时,日均遮挡因子增加平缓。对于占地面积∈[50,1000]m2的集热器阵列,面积越小、日均遮挡因子随长宽比的变化越快。冬半年各月水平面上日均太阳辐射分布情况对到达阵列的太阳辐射量最大对应的最佳长宽比存在较大影响。鉴于太阳辐射分布的影响以及便于工程应用,文中给出了中国不同纬度13个城市5种集热器阵列的最佳长宽比;研究结果可为太阳能集热阵列的排布优化提供参考。

温和地区阳台壁挂式平板型太阳能热水器水量配比优化

基于温和地区9城市的典型气象数据,利用所建数学模型对阳台壁挂式平板型太阳能热水器的水量配比和太阳能保证率进行了计算,并讨论了方位角对水量配比的影响。结果显示,南向阳台壁挂式太阳能热水器春、夏、秋、冬4季和全年水量配比的取值范围分别为28~51、21~41、31~53、37~57和31~47 kg/m2。为便于应用,给出了南向阳台壁挂式太阳能热水器季均和年均水量配比与倾角间相关系数大于0.99的线性回归关系式。对于非南向阳台壁挂式太阳能热水器,季均和年均水量配比的方位角因子随方位角的增大而逐渐减小。倾角为60°~90°、方位角为10°~90°时,季均和年均水量配比的方位角因子分别位于0.57~1.00和0.72~1.00之间。方位角分别小于20°和30°时,方位角对冬季水量配比和春、夏、秋3季及年均水量配比的影响约为5%;方位角分别小于30°和40°时,方位角对上述水量配比的影响约为10%。进一步讨论发现,温和地区南向阳台壁挂式太阳能热水器的年均太阳能保证率位于0.55~0.70之间,推广应用潜力较大。

昆明地区阳台壁挂式太阳能热水器的水量配比

利用所建立的数学模型,基于昆明典型气象数据,对应用在昆明地区的阳台壁挂式平板型太阳能热水器的水量配比进行了计算。按方位角为0°的计算结果显示,月均、季均和年均水量配比随倾角的增大逐渐减小。当方位角为10~90°时,3~9月与10~翌年2月,倾角60~90°所对应的月均水量配比的方位角因子分别为0.66~1.00与0.52~0.99。当方位角≤20°时,方位角对季均和年均水量配比的影响约为5%。春、夏、秋3季的水量配比和年均水量配比的方位角因子为0.73~1.00;冬季水量配比的方位角因子为0.58~0.99。当方位角≤50°时,春、夏、秋3季和年均水量配比的方位角因子为0.90~1.00;当方位角≤30°时,冬季水量配比的方位角因子为0.90~0.99;此时方位角对水量配比的影响小于10%。