文章針對太陽能建筑采暖系統(tǒng)集熱面積大、換熱介質(zhì)抗凍能力差的問題,設(shè)計了一種新型的槽式復(fù)合拋物面聚光建筑采暖系統(tǒng),并分析了該系統(tǒng)中槽式復(fù)合拋物面聚光器的聚光原理。文章還建立了槽式復(fù)合拋物面聚光器的三維模型,而后利用光學(xué)仿真軟件分析該聚光器的聚光性能,并搭建試驗臺研究空氣流速對該聚光器光熱轉(zhuǎn)化效率的影響。分析結(jié)果表明:在光線入射偏角為10°的條件下,當(dāng)接收體中心與聚光器底部的間距為90 mm時,槽式復(fù)合拋物面聚光器的光線接收率和聚光效率最優(yōu),分別為65.54%和60.25%;在實際天氣條件下,槽式復(fù)合拋物面聚光器光熱轉(zhuǎn)化效率隨空氣流速增加而升高,當(dāng)空氣流速為4 m/s時,該聚光器的光熱轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值,為76.73%。 

【文章來源】：可再生能源. 2019,37(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

槽式復(fù)合拋物面聚光建筑采暖系統(tǒng)示意圖

過程中將熱空氣的熱量儲存到儲熱水箱中；最后，換熱盤管內(nèi)低溫空氣經(jīng)循環(huán)管路再次送入槽式CPC玻璃真空管接收器中，如此循環(huán)往復(fù)，不斷將槽式CPC中的熱量儲存到儲熱水箱內(nèi)，供室內(nèi)采暖使用。在建筑采暖熱負(fù)荷較大時，儲熱水箱中的水體由循環(huán)水泵驅(qū)動進(jìn)入地暖盤管中將熱量釋放給建筑物，以實現(xiàn)建筑供暖。2槽式CPC聚光原理本文的槽式CPC是在傳統(tǒng)非成像CPC的基礎(chǔ)上，設(shè)計出的一種可成像的理想CPC。該聚光器由左、右兩個開口向上的拋物面，以及連接兩個拋物面的豎直反射面和底部拋物反射面組成。槽式CPC的聚光原理圖如圖2所示。由于槽式CPC為對稱結(jié)構(gòu)，因此本文僅以聚光器剖面的左半部分為研究對象，在光線正入射的條件下，對該聚光器的聚光原理進(jìn)行分析。由圖2可知，槽式CPC的聚光原理：入射到拋物面AB上、下邊界的邊緣光線1，3經(jīng)拋物面反射后應(yīng)匯聚到焦點F2處，但在匯聚過程中被玻璃真空管接收器攔截并吸收。由邊緣光學(xué)原理可知，拋物面AB上、下邊界之間的光線（光線2等）也均會被玻璃真空管接收器攔截并吸收。沒有入射到拋物面AB上的光線，一部分（光線5等）直接入射到玻璃真空管接收器上，另一部分（光線4等）入射到槽式CPC的底部拋物面CD上（拋物面CD以玻璃真空管接收器中心軸為焦點），而后又被反射至玻璃真空管接收器上。3槽式CPC光學(xué)特性分析借助光學(xué)仿真軟件LightTools，在不同預(yù)設(shè)參數(shù)下對槽式CPC的光學(xué)性能進(jìn)行仿真計算。模擬結(jié)果可以為槽式CPC的實際應(yīng)用及優(yōu)化提供理論參考。3.1槽式CPC光線追跡令太陽方位角的跟蹤誤差為α，太陽高度角的跟蹤誤差為β。當(dāng)槽式CPC沒有跟蹤誤差時，α，β均為0。槽式CPC的光線接收率ηR（α，β）和聚光效率ηC（α，β）的計算式分別為ηR（α，β）=R

礱嬪系哪芰髏芏齲琖/m2。本文利用Solidworks軟件建立CPC三維模型，并將該模型導(dǎo)入到LightTools中。本文在仿真計算過程中作如下假設(shè)：設(shè)定光源為面光源，光源投射面積與聚光器入光口面積相同；入射光線為等間距平行光束，光線數(shù)量為10000條，太陽輻照度平均值為800W/m2（這樣可以保證此模擬過程與試驗測試日太陽輻照度的實際值相接近），每條光線攜帶的能量相同，發(fā)射光譜近似為太陽光譜；拋物反射面的材質(zhì)為鋁，光學(xué)性質(zhì)為鏡面反射，反射率為0.9。當(dāng)光線正向入射至槽式CPC時，該聚光器內(nèi)部的光線追跡圖如圖3所示。由圖3可知，光線沿著聚光器對稱軸方向入射其內(nèi)部。其中，一部分光線經(jīng)3個拋物面反射后匯聚到玻璃真空管接收器表面，其余光線直接投射到玻璃真空管接收器表面，呈現(xiàn)對稱分布狀態(tài)。由此可知，理論分析結(jié)果與光線追跡結(jié)果相一致。3.2接收器位置對聚光性能的影響接收器的安放位置是決定聚光器聚光性能的關(guān)鍵因素之一，因此有必要研究接收器的位置與聚光器聚光性能之間的關(guān)系。本文在仿真計算過程中，設(shè)置玻璃真空管接收器的對稱軸與槽式CPC的對稱軸相重合，改變玻璃真空管接收器中心點與該聚光器底部之間的距離h，以分析該接收器的位置對該聚光器聚光性能的影響。此外，文本設(shè)定槽式CPC的對稱軸與入射光線之間的夾角（以下簡稱為入射偏角）為10°。槽式CPC的光線接收率ηR和聚光效率ηC隨h的變化情況如圖4所示。由圖4可知，隨著h逐漸增加，槽式CPC的ηR和ηC均呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢，且增加幅度較小，減小幅度較大。當(dāng)h為90mm時，槽式CPC的ηR和ηC均為最大值，分別為65.54%，60.25%。4試驗測試及結(jié)果分析4.1試驗測試方法及儀器為了更準(zhǔn)確地確定槽式CPC的光熱轉(zhuǎn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]太陽能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器性能研究[J]. 賈檸澤,任志宏,常澤輝,李文龍,鄭宏飛.  可再生能源. 2017(08)
[2]槽式太陽能聚光集熱器傳熱性能研究[J]. 王修彥,韓露.  動力工程學(xué)報. 2017(04)
[3]槽式太陽能聚光集熱器傳熱特性分析[J]. 王金平,王軍,張耀明,畢小龍.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2015(07)

碩士論文
[1]用于建筑采暖的復(fù)合拋物面聚光集熱裝置性能研究[D]. 賈檸澤.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 2018



本文編號：3305738