严寒地区太阳能地板辐射供暖系统实验研究

乌鲁木齐地区位于中国严寒气候区,冬季采暖期长达6个月,但该地区太阳能资源较为丰富,高达5.4×109~6.2×109 J/m2·a,为太阳能热利用提供了有利条件。在太阳能日辐射强度利用价值高的时段,如何选择与当地气候条件相适应的集热元器件并构筑高集热效率的太阳能热水系统,将直接影响太阳能热利用技术的效果。本研究旨在结合乌鲁木齐冬季供暖的实际情况构筑太阳能地板辐射供暖系统,采用实验方法对太阳能地板辐射供暖系统的性能进行分析,重点分析乌鲁木齐地区冬季供暖期,室外气象条件(太阳辐射强度、室外干球温度、风速等参数)、集热器进出水温度、室内供回水温度等参数的变化规律,得出太阳能地板辐射供暖系统在冬季的运行控制方式,研究结果为乌鲁木齐地区太阳能地板辐射供暖系统的应用提供了基础参考数据。     

对青藏高原地区建筑太阳能热水供暖的几点看法

分析了青藏高原的气候和供暖热负荷的特点,认为青藏高原地区建筑供暖应充分利用太阳辐射热.对太阳能光热集热器的实时即热效率进行了分析,指出集热水温只有达到供暖温度要求,太阳能集热量才能作为太阳能贡献率的评价依据.对太阳能集热、蓄热、取热及辅助热源系统和室内供暖系统的参数优化组合进行了分析,提出了设计应用的方法.     

太阳能供暖的有效集热量与有效太阳辐照度

针对传统太阳能供暖设计的问题,提出了有效集热量与有效太阳辐照度的概念,系统分析了典型地区太阳能的有效集热量与有效太阳辐照度指标,并与传统日平均集热量计算方法进行了对比分析。结果表明:冬季存在11%～15%的太阳辐照量为无效太阳辐照量,在集热器选型计算与安装方位优化中应予以剔除;集热温度对有效集热量有重要影响,对于拉萨地区,集热温度每提高5℃,平板集热器的有效集热量下降约8%,真空管集热器的有效集热量下降约4%;传统集热量计算方法对于辐照量与集热效率均采用日平均计算方法,导致计算结果存在不确定性误差,误差的大小与当地气温波动、太阳辐照特征、集热参数及集热器类型等多种因素相关。     

太阳辐射照度对供暖热过程影响研究

模拟了低温地板辐射供暖与对流散热器供暖系统在不同太阳辐射照度下的动态热过程.对比了室内温度及供暖耗热量等指标,结果表明在高太阳辐射照度地区地板辐射供暖系统室内过热现象更明显,地板辐射供暖能耗与散热器供暖能耗比值随太阳辐射照度的增大而增加,因此选择高太阳辐射照度地区的供暖形式时应优先采用热响应较快的散热器供暖形式.     

一体化集热屋面太阳能空气供暖的技术经济性

针对北京村镇单层民用住宅(建筑面积为74 m~2),设计建造采用一体化集热屋面的太阳能空气供暖系统。介绍太阳能空气供暖系统的主要装置、系统流程与运行模式,对集热屋面、地面混凝土蓄热层(以下简称蓄热层)的做法进行详述。在自动控制模式(全天供暖)下,以2017年12月14日—15日、20日—21日、27日—28日、30日—31日作为测试日(分别定义为测试日1～4,测试时间为当日8:00至次日8:00),对各测试日的集热屋面集热效率、太阳能保证率、耗电量、室内温度、室外温湿度、噪声、蓄热层表面温度进行计算与实测。将4个测试日作为样本数据,测算北京典型年供暖期的平均日电费。研究发现:各测试日的集热屋面集热效率分别为19.90%、26.34%、25.26%、25.79%,太阳能保证率分别为12.89%、54.04%、30.42%、42.04%。测试日集热屋面日总太阳曝辐照度越高,太阳能空气供暖系统的耗电量越低。各测试日室内温度均在15℃以上,满足设计要求。测试区域的蓄热层表面平均温度为22.7℃,具有一定的辐射供暖效果。测试期间用户对噪声情况的评价为可接受的噪声水平等级。太阳能空气供暖系统的造价为2.7×10~4元,其中施工费约占27%,其余为材料费。根据4个测试日的集热屋面日总太阳曝辐照度,将北京市典型年供暖期的日总太阳曝辐照度划分为4个区间,根据各区间对应的测试日电费及时间,采用加权平均的方法对北京市典型年供暖期的平均日电费进行测算。北京市典型年供暖期的平均日电费为18.53元,折合单位建筑面积为30.05元/m~2。     

干式地板辐射供暖系统热工特性

建立了干式地板辐射供暖系统传热模型并编制相关软件,对软件计算值作实验验证的结果表明,地板表面平均温度的软件计算值与实验值误差小于10%,作用温度误差在3%范围内.应用软件计算得出,地板表面平均温度、室内空气温度和作用温度随管间距的增加而降低,随供回水平均温度的升高而升高,且室内空气温度变化率小于地板表面平均温度变化率.实验研究表明,水平和竖直方向作用温度分布均匀,竖直方向作用温度出现正的温度梯度.系统稳定时辐射换热量占总换热量的份额约为60%,但相对于湿式地面供暖,地板表面温度分布均匀性略差.     

弹性供暖下2种太阳能供暖系统保证率对比研究

众多学者对冬季睡眠热舒适的研究表明,人体在夜间睡眠状态下对温度的需求低于白天水平。在此基础上,对太阳能供暖的常用末端方式——地板辐射供暖系统与低温强制对流散热器供暖系统进行了实测。结果显示:低温强制对流散热器供暖工况下的太阳能保证率比地板辐射供暖高7%左右;夜间降低供暖温度后,地板辐射供暖和低温强制对流散热器供暖的太阳能保证率均提高11.5%。     

板式地板辐射供暖系统的热工性能研究

介绍了板式地板辐射供暖系统的结构及特点,建立了板式地板辐射供暖系统的传热计算模型。通过实验,研究了地板表面平均温度随供回水平均温度的变化,室内空气温度、黑球温度及辐射照度随高度的变化。当供回水温度为30~40℃时,地板表面平均温度的变化范围为24~26℃,符合地板辐射供暖标准。室内空气温度及黑球温度的分布能满足人员对舒适度的要求。     

严寒地区太阳能跨季蓄热热泵供暖性能实验研究

通过设计并搭建的太阳能-地源热泵实验平台进行了太阳能蓄热后热泵供暖性能的实验研究,结果表明:太阳能蓄热一个月,土壤的平均温度为由13. 80℃上升至15. 40℃,温升1. 60℃,平均蓄热量0. 41 k W,总蓄热量1 062 720 k J,太阳能蓄热达到了较为理想的效果;热泵供暖运行一个月,土壤的平均温度由14. 30℃下降至9. 83℃,温降4. 47℃,平均取热量为1. 03 k W,总取热量为2 669 760 k J,平均COP为3. 23,可以在严寒地区比较高效运行;土壤温度随储热量及取热量值上下波动变化;蓄热及供暖周期均为一个月,太阳能蓄热量占到供暖取热量的39. 8%;太阳能蓄热后热泵供暖模式能有效的缓解土壤热失衡,提高系统的运行效率。     

严寒地区太阳能相变蓄热地板辐射供暖系统运行控制策略实验研究

新疆地区供暖期长达6个月且太阳能资源高达5 800MJ/(m~2·a),为太阳能利用提供了有利条件。利用太阳能作为地板辐射供暖热源,其难点之一是解决太阳能变化不定与建筑供暖需求连续稳定之间的矛盾。以乌鲁木齐市某办公建筑为例,构建了太阳能相变蓄热地板辐射耦合供暖系统,实验研究了不同太阳辐照度下集热器进出口温度及系统运行方式对室内供暖效果的影响,得到了不同室外气象条件下该系统的供热量、蓄热量和补热量,总结得到了该系统在整个供暖期的运行控制策略。     

论太阳能联合蓄电供地板辐射供暖的优越性

针对北方农村分散性单体建筑、野外常年有人办公的建筑等不能实现集中供热,且北方冬季干旱少雪,太阳辐射强度大的特点,提出了太阳能—低温地板辐射供暖,并以某野外二层办公单体建筑为例,基于地板辐射供暖模式,确定了该模式下的系统设备,经实践表明太阳能联合蓄电在地板辐射供暖系统中具有优越性,对于解决此类型建筑的供暖问题具有非常积极的作用。     

幕墙式太阳能供暖系统热性能测试与分析

结合幕墙式太阳能供暖系统示范工程,进行了系统热性能测试。在2013年1月7—9日测试期间,室外平均气温为-7.7℃,太阳能集热系统的平均集热效率约为27.5%,补热系统的热泵平均COP为1.554;在3月13—15日测试期间,室外平均温度为3℃,热泵平均COP为1.782;3月13日的测试结果表明,集热系统的有效平均热效率为18.8%,系统的水箱和管路热损失较小,仅占太阳能有效集热量的9.16%。末端风机盘管采用侧面向下送风的气流组织形式时,室内供暖效果较好。     

带蓄热装置的太阳能水源热泵地板辐射供暖系统性能初探

为了更充分利用太阳能为房间供暖,提出了带蓄热装置的太阳能水源热泵地板辐射供暖系统。本系统利用了可再生能源-太阳能,同时使用蓄热装置尽可能充分利用太阳能热量;地板辐射供暖装置的使用,可在提高用户热舒适度的前提下,使用较低温度的热水供热。通过北方寒区某实验室的实验与动态模拟计算,得到系统的冬季动态运行性能,并对该系统的经济性能进行了计算研究,整个采暖期内热泵的平均COP达4.78。     

严寒地区太阳能-地埋管地源热泵系统耦合性能研究

为解决严寒地区采用地埋管地源热泵系统供暖引起的土壤热失衡问题,以太阳能辅助地埋管地源热泵耦合系统为研究对象,分析了地埋管换热器供能性能、系统运行1a和10a后的土壤温度变化特性及土壤初始温度与集热器面积的关系,拟合得到了土壤初始温度与单位建筑面积下最优集热器面积的数学表达式,采用费用年值法对该耦合系统与常规燃煤锅炉供暖系统进行了经济性比较分析。结果表明:在冬季利用该耦合系统供暖且采用蓄热水箱出口与地埋管出口温差为10℃控制太阳能集热系统辅助供暖的方案,耦合系统运行1a后,土壤平均温度升高0.09℃,土壤热平衡率为101%;10a后土壤平均温度升高0.35℃,土壤热平衡率为104%;该耦合系统供暖经济性优于传统燃煤锅炉供暖系统。     

太阳能直供毛细管辐射供暖系统可行性研究

介绍太阳能直供毛细管辐射供暖系统的原理、组成和流程。利用TRNSYS软件建立系统瞬时仿真模型,在通过实际测试验证模型准确可靠的前提下,更改建筑模型参数得出天津地区太阳能集热面积与供暖面积之比与建筑物的耗热量指标的对应关系,得到低能耗建筑的耗热量指标对应的太阳能集热面积与供暖面积之比。在太阳能直供毛细管辐射供暖系统的太阳能保证率达到100%,太阳能集热器集热效率为45%,建筑物耗热量指标在9.5 W/m2左右,供暖室内设计温度为18℃的条件下,1 m2的太阳能集热器面积可以负担4 m2的建筑面积的供暖负荷。     

基于可再生能源的地板辐射供暖传热分析

结合甘肃河西地区的气候特点和当地丰富的可再生能源,研究了以太阳能和沼气互补的低温热水地板辐射供暖传热性能,建立了低温地板辐射供暖系统二维稳态传热数学模型,通过有限元法对不同管间距和供回水平均温度下地板表面的热流密度及地板表面温度分布进行分析研究,探讨了以可再生能源作为系统驱动热源的可行性,为可再生能源在低温热水地板辐射供暖系统中的应用提供一定的技术参考。     

面向寒区路基工程的太阳能集热管的设计与试验

针对季节性冻土区路基工程广泛面临的冻胀病害,提出引入一种更具主动性的新型防治方法-太阳能光热技术。应用思路为,通过太阳能光热装置为路基提供一个外部热源,主动地调节路基热量收支关系,有效地控制路基在冬季的过度热量损失,进而消除负温状态和冻胀现象。太阳能等可再生热源的资源性条件与技术性条件在面向路基工程时具有良好的适用性。中国季节性冻土与太阳能分布在地理位置上具有较好的重合性,相比人居环境和工业应用领域,太阳能光热技术在寒区路基工程中更具应用优势。基于太阳能光热技术对比和路基供热的特殊要求,设计与制作一款面向路基工程的专用太阳能集热管。该装置结构型式为立式柱状,分为地表太阳能集热段和路基供热段两部分,前者采用玻璃-金属封接式真空集热管。装置集热段与供热段通过法兰实现直通式连接,可以自主完成太阳能的搜集、储存和传递,自成一体化热量转化单元。太阳能集热管的工作模式为在暖季高效地向路基预先储备热量和在冷季实时地补充热量,全年处于供热状态。太阳能集热管的性能试验表明,集热温度随太阳辐射强度的增大而升高,在冬季辐射良好的条件下集热温度相比大气温度高出10℃以上,起到有利的“热源”作用。太阳能集热管具有主动供热的技术优势,可以为寒区路基防冻胀问题提供一种新方法。     

空气源热泵直接地板辐射供暖系统实验研究

建立了以制冷剂为热媒的空气源热泵直接地板辐射供暖系统实验平台,对空气源热泵运行特性、供暖效果及影响因素、经济性进行了实验研究和分析.结果表明,地板盘管进出口温度、进出口温差均比较稳定;在郑州地区冬季条件下,地板辐射供暖地表温度达到26.5℃,室内温度维持在21.8℃,完全满足室内供暖设计要求;空气源热泵直接地板辐射供暖预热时间短,约为80 min;建筑围护结构的保温性能、窗墙比、地板盘管的管间距等是影响地板辐射供暖的重要因素;空气源热泵直接地板辐射供暖系统具有较好的经济效益和环保效益.     

皖南传统民居室内热环境改善研究

调研皖南地区村落规划布局及建筑特点,并以典型皖南传统民居为研究对象,结合TRNSYS软件模拟其冬季室内热环境。模拟结果表明其冬季室内热舒适性较差,文章提出改善措施为结合厢房"地笼"设计太阳能低温热水地板辐射采暖系统。在TRNSYS模拟平台上建立太阳能地板辐射采暖的系统模型,模拟结果表明:冬季采暖时,十二、一、二月份厢房室内平均温度分别为17.57℃、16.53℃和17.15℃;太阳能保证率分别为34.0%、23.5%和29.5%,冬季水箱供回水温度及厢房温度分布表明,系统在皖南地区的运用是可行的。     

碳纤维电热板地板辐射供暖系统热工性能测试

对碳纤维电热板在地板辐射供暖系统中的升温和稳定工况下的热工性能进行了试验研究.计算了电热板对流传热量、辐射传热量及电热转换率.碳纤维电热板热惯性小,温度响应速度快,电功率基本恒定,适用于对供暖要求灵活的场所.在室内温度要求范围内,电热板表面平均温度适宜,电热平均转换率为0.948.