平板型太陽能集熱器因其安全性更好,更易于與建筑結合,在我國的應用量逐年加大。傳統(tǒng)上人們在進行平板型太陽能集熱器選型時,不考慮降塵、降水、風等環(huán)境因素對平板型太陽能集熱器熱性能的影響,導致平板集熱器在實際工程中的集熱量與設計值有較大差距。為此,本文開展了以下理論和實驗研究:首先,在分析平板型太陽能集熱器結構和工作原理的基礎上,歸納了環(huán)境因素對集熱器傳熱過程的影響規(guī)律,建立了可分析積塵影響的平板型集熱器傳熱模型。與不同環(huán)境條件下平板型太陽能集熱器熱性能實驗數據相比,集熱效率最大偏差為0.023,相對偏差為4.9%,驗證了傳熱模型的準確性。其次,搭建了包括人造冷天空和太陽模擬器在內的人工環(huán)境實驗系統(tǒng),并對單一因素對集熱器性能的影響開展了實驗研究,分析了風速、蓋板表面積塵對集熱器效率曲線的影響規(guī)律。綜合實驗與模擬結果發(fā)現:風速對熱損系數影響顯著且規(guī)律近似于開口向右的拋物線,風速由0增加至4m/s熱損系數上升超過16%,其對截距也有一定的影響;蓋板表面積塵對截距的影響規(guī)律近似線性,蓋板表面灰塵層透過率下降0.5截距下降約42.2%,其對熱損系數也有小幅影響。第三,通過在北京地區(qū)進行為期12個月的實驗,總結回歸出自然條件下降塵、顆粒物濃度、降水等環(huán)境因素影響蓋板透過率的經驗公式,其計算值與實驗值的最大偏差為6.42%。結合風速、蓋板表面積塵對集熱器效率曲線的影響規(guī)律,提出了環(huán)境因素對效率曲線的修正方法。與模擬結果相比,效率曲線截距修正值的最大偏差為2.3%,熱損系數修正值的最大偏差為4.6%。該修正方法對不同結構參數的平板型集熱器均有較好的適用性,可在保證準確度的基礎上簡化計算,指導應用平板型太陽能集熱器的系統(tǒng)設計。最后,建立了考慮自然降塵、降水、風等環(huán)境因素影響的平板型太陽能集熱器全年運行性能預測模型,計算結果表明北京地區(qū)冬季降水少,集熱量受降塵影響將減少19.2%。在分析計算北京地區(qū)不同安裝傾角、不同降水條件全年集熱效果的基礎上,對不同形式的太陽能熱利用系統(tǒng)清潔保養(yǎng)策略提出了建議,以提高集熱系統(tǒng)的運行效率。
【學位單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TU822;TK513.1
【部分圖文】：

研究思路流程圖

平板型太陽能集熱器結構及工作原理平板型太陽能集熱器結構目前我國常見的平板型太陽能集熱器外形見圖2.1，其一般由吸熱板芯、蓋板、保溫層和外殼 4 部分組成，如圖 2.2 所示。圖 2.1 平板型太陽能集熱器結構示意圖圖 2.2 平板型太陽能集熱器結構示意圖

平板型太陽能集熱器結構示意圖
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本文編號：2863526