太阳能热利用课程设计Word格式文档下载.docx
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第三章设备选型7
3.1太阳能集热器7
3.2贮热水箱7
3.3辅助热源8
第四章
太阳能热水系统的总预算.
4.1
太阳能热水系统的年节能量
4.2
寿命期内太阳能热器系统的总节省费用
11
4.3
回收年限
10
第五章
太阳能热水系统的计算机模拟.
5.1
热水系统设计及部件装配
5.2
部件参数
第六章
模拟计算报告
15
20
参考文献
第一章项目概况
1.1建筑概况
该建筑为北京某大学学生宿舍，纬度：
北纬39°
48'
经度：
东经117°
;
该宿舍楼满员200人。
供热水时间为早上6点到晚上10点，用水温度45C,每人每天用水量40L。
1.2气象参数
北京
年太阳辐照量：
水平面5570.48MJ/m2,40。
倾角表面6281.99MJ/m2
年平均日太阳辐照量：
水平面15.25MJ/m,40。
倾角表面17.21MJ/m
年日照时数：
2755.5h
年平均温度：
11.5°
C
沙尘暴从1951年至2000年间，年均28天，最高年份是1952年，达87天，最少年份为2天，发生季节以12月至翌年4月占62%春季特别是4月份最多，&
9月份最少，仅占15%年均情况为，大风22天，扬沙20天，浮尘6天，沙尘暴2.4天。
沙尘暴最多年份1966年达20天，50、60年代年均5天，70年代年均不到1天；
2000年以来每年都有多次发生沙尘暴。
第二章太阳能集热器系统设计
2.1集热器倾角设计
利用MeteoNormv4.0软件计算得出：
北京正南方向30°
~40°
的补偿面积最大，故集热器倾角取40°
。
2.2太阳能集热器面积设计
1、热水系统负荷计算
（1）用水人数
总用水人数200人
（2）系统日热水量计算
1系统设计日用热水量
式中qrd设计日用水量，L/d；
qr最高日热水用水定额，100L/（人•d）;
m用水计算单位数（人数或床位位数），200人。
2系统平均日用热水量
式中Qw——平均日用热水量，L/d;
qar――日平均用水定额，40L/d；
m用水计算单位数，200人。
则Qw=8000L/d
（2）集热器采光面积的确定
式中Ac——直接系统集热器采光面积，川;
Qw――平均日用水量，8000L/d;
c――水的比热容，4.187kJ/（kg^C）；
r――热水密度，近似取1kk/L；
tend――贮水箱内水的终止温度，45C；
tL――冷水温度，15C；
JT――年平均集热器倾角表面上年平均日辐照量，17217kJ/rf；
f——太阳能保证率；
L――管道及贮水箱的热损失率；
cd――太阳能集热器的全日集热效率。
1确定太阳能保证率f北京属于太阳能资源一般区，系统偏重于在春、
夏、秋三季使用，表1（不同地区太阳能保证率的选值范围4）,取太阳能保证
率f=0.5。
2确定管路及贮水箱热损失率L由于系统保温的热水管路和贮热水箱
等部件都在室内，环境温度较咼，取0.25。
3集热器全日集热效率cd
归一化温差
式中ti
集热器入口温度,ti
tL2[f（tend丄）圮]
ta――北京年平均日室外空气温度，11.5C；
G――年平均日太阳辐照度，W/m2;
式中Sy——年平均每日的日照小时数，277.5h+365d=7.5h.
G=638W/m
则归一化温差X=0.0133m・C/W
根据归一化外温差查集热器生产厂家提供的集热器效率曲线
得cd=0.57。
将以上参数带入集热器采光面积计算公式，得Ac=68.26m,集热器的规
格为2m一块，则需要块集热器，实际集热器面积为70m。
第三章设备选型
3.1太阳能集热器
本工程需要70川的集热器，每块集热器的面积是2〃，应用串联的方
法5个一串，共7个阵列；
采用捷森HJ型集热器，集热器的使用年限是15年。
3.2贮热水箱
按每平方米米太阳能集热器采光面积对应75L贮热水箱容积确定：
水箱的有效容积Vr=75・Ac=75x70=5250L=5.25m3
贮水容积
式中Qh设计小时耗热量，W；
m――用水人数，200人；
qr――最高日热水用水定额100L/（人•d）;
c――水的比热容，4187J/（kg^C）;
tr――热水温度，45C;
tL――冷水温度，15C;
r――热水密度，近似取1kk/L;
Kh——小时变化系数，4.8;
T――每日使用时间，16h。
则Qh=209350W
容积式热交换器贮热量保证系统用户90min设计小时耗热量，即
Q'
=90X60Qh=1130.49MJ
Cpr（trtL）
9000L=9m3
3.3辅助热源
辅助热源为电加热，放置于水箱中。
辅助加热量按下式计算：
式中Qg辅助加热器的设计小时供热量，W；
Qh——设计小时耗热量，Qh=209350V；
r――热水密度，近似取1kg/L；
――有效贮热容积系数，0.75;
T设计小时耗热量持续时间，4h
则Qg=150473.125W
电加热的效率按95%考虑，则电加热的加热量为
162512.45/0.95=158392.76W。
保险取160000W
3.4控制器
温差控制器
第四章太阳能热水系统的总预算
4.1太阳能热水系统的年节能量
式中Qsave——太阳能集热器系统提供的有用热量，MJ；
Jt――太阳能集热器倾角表面上的年太阳辐照量6281.99MJ/m2；
cd――太阳能集热器的全日集热效率57%
c——管道及贮水箱的热损失率0.25；
则Qsave=187988.55MJ
取电加热设备的效率为95%太阳能热水器的年节能量
式中Qs——太阳能热水器的年节能量，MJ
s――辅助热源系统的工作效率，0.95;
Ce――系统建设当年我国单位供电煤耗，349g/（kW・h）;
则Qs=562233.74MJ
4.2寿命期内太阳能热器系统的总节省费用
式中SA系统寿命期内总节省费用，元；
PI――折现系数；
d――五年以上银行贷款利率6.55%年执行）；
e――年燃烧价格上涨率，按1%考虑；
n――分析节省费用的年限，取15年；
取PI=9.941
Cc——常规能源热价，电加热效率取95%则热价为0.14元/MJ
Ad——太阳能热水系统总增加投资，10万；
DJ维修费用占总增加投资的百分比，一般取1%
Qs——按照Qs计算得197882.68MJ
s
15年内节省燃料费用SAV=16.546万
4.3回收年限
系统回收年限为系统节省的总费用等于系统投资的年限为回收年限
此时折现系数
Ne
pi
Ad
QsCcAdDJ3.74
In1PI（de）
4.35年
第五章太阳能热水系统的计算机模拟
5.1热水系统设计及部件装配5.2部件参数
1、天气数据
参数
1
DataReaderMode
2
-
3
Skymodelfordiffuseradiation
4
Trackingmode
输入
Groundreflectanee
0.2
Slopeofsurface
40
degrees
Azimuthofsurface
0.0
2、集热器
Numberinseries
35
Collectorarea
70
mA2
Fluidspecificheat
4.190
KJ/kg.K
Efficiencymode
5
Testedflowrate
40.0
kg/hr.m八2
6
Interceptefficiency
0.80
7
Efficiencyslope
13.0
KJ/hr.m八2.K
8
Efficiencycurvature
0.05
KJ/hr.mA2.KA2
9
Opticalmode2
1st-orderIAM
2nd-orderIAM
输入1
Inlettemperature
Inletflowrate
1000
kg/hr
Ambienttemperature
Collectorslope
3、水泵
Ratedflowrate
600
Ratedpower
KJ/kg.K
Inletfluidtemperature
15.0
Inletfluidflowrate
500
4、温差控制器
Highlimitcut-out
100
UpperinputtemperatureTh
100.0
LowerinputtemperatureTl
MonitoringtemperatureTin
45.0
UpperdeadbandDT
10.0
Temp.Differen
ce
LowerdeadbandT
2.0
5、水箱
Tankvolume
?
Tanklosscoefficient（-）
-3.0
Heightofnode-1
m
Heightofnode-2
Heightofnode-3
Heightofnode-4
Heightofnode-5
Heightofnode-6
12
Auxiliaryheatermode
13
Nodecontainingheatingelement1
14
Nodecontainingthermostat1
Setpointtemperatureforelement1
c
16
Deadbandforheatingelement1
5.0
deltaC
17
Maximumheatingrateofelement1
160000
w
25
Boilingpoint
Environmenttemperature
6、调节阀
Heatsourcetemperature
55.0
Setpointtemperature
45
7、T型阀
Temperatureatinlet1
20.0
Flowrateatinlet1
Temperatureatinlet2
Flowrateatinlet2
8Waterdraw
Initialvalueoftime
hr
Initialvalueoffunction
Timeatpoint-1
Waterdrawatpoint-1
Timeatpoint-2
Waterdrawatpoint-2
Timeatpoint-3
22
Waterdrawatpoint-3
Timeatpoint-4
Waterdrawatpoint-4
Timeatpoint-5
24
Waterdrawatpoint-5
9、在线绘图
Nb.ofleft-axisvariables
Nb.ofright-axisvariables
Leftaxisminimum
Leftaxismaximum
150
Rightaxisminimum
Rightaxismaximum
1000.0
Leftaxisvariable-1
Outlet
Leftaxisvariable-2
Rightaxisvariable-1
total
Rightaxisvariable-2
第六章模拟计算报告
用水温度
集热器收集的有用能
水泵消耗的电能
辅助加热消耗的能源
集热器表面的温度
参考文献：
:
1:
《建筑给水排水设计规范》GB50015—2003
2:
《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364—2005
3:
《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713—2002
4:
郑瑞澄主编，化学工业出版社；
第2版；
民用建筑太阳能热水系统工程技术手册
2011年7月
5:
何梓年编着；
中国科学技术大学出版社；
太阳能热利用；
2009年7月
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