中国帕米尔高原太阳辐射演变规律

该文基于2016年7月—2021年7月中国帕米尔高原陆-气相互作用观测站的观测资料，挑选总辐射、散射辐射、直接辐射等指标，研究该地区太阳总辐射和散射辐射收支的变化规律及其影响因素。结果表明：中国帕米尔高原太阳总辐射、散射辐射、水平直接辐射年曝辐量分别为6474.41、2219.95、3497.35 MJ/m²。其中，总辐射、散射辐射、水平直接辐射年的最高辐照度为1171.18、676.23、1003.52 W/m²，分别在2017年7月23日、5月31日和4月3日出现。总辐射、散射辐射、水平直接辐射平均辐照度的峰值分别为690.85、218.66、417.02 W/m²，均在12:00前后出现。中国帕米尔高原地表反照率均值在0.24～0.49之间，年均值为0.30。降水和沙尘天气对地表辐射收支产生影响，其中降水天气使总辐射平均辐照度日峰值比晴天时减小约18%，散射辐射平均辐照度日峰值增加约1.8倍，扬沙或浮尘天气发生时总辐射辐照度日峰值与晴天相比变化不大，散射辐射平均辐照度日峰值增加约1.8倍。此外，当喀什市周边发生沙尘...     

中国近海太阳能资源特征分析及储量评估

利用ERA5再分析资料研究中国近海太阳能年际、季节、月尺度和不同海区的时空分布特征,评估太阳能资源丰富程度,并对太阳能资源总量进行估算。结果表明：多年平均海上太阳总辐射范围为4886～7611 MJ/m²,年均辐射为6429 MJ/m²;太阳辐射随春、夏、秋、冬季节的变化而逐渐减小,分别为1894、1827、1462、1287 MJ/m²,春季最大、冬季最小,春夏季基本持平;月均总辐射在春季5月份最大,为650 MJ/m²,在冬季12月份最小,为377 MJ/m²。从空间上来看,渤海、黄海、东海太阳总辐射相近,年均辐射分别为5625、5581、5622 MJ/m²,南海中西部和中东部年均辐射量最大,并呈现出向南北两端递减的趋势,年均辐射为6843 MJ/m²,较渤、黄、东3个海区辐射平均值高出22%。经估算,中国近海太阳能资源年总量约为14×10⁹GWh,水深H<10、30、50 m的海域太阳能资源年总量分...     

ERA5资料应用于中国地区太阳能资源评估研究

利用中国40个地面台站观测资料对ERA5再分析资料太阳能资源要素进行误差评估，结果表明：ERA5资料与台站资料的地表月水平面总辐射回归方程可决系数为0.999。ERA5资料与各台站资料均方根误差最大值为8.7 MJ/m²，平均值为4.9 MJ/m²；相对均方根误差最大值为2.4%，平均值为1.0%。ERA5资料与各台站资料年际变化误差最大值为19 MJ/m²，平均值为3 MJ/m²；百分比年际变化误差最大值为0.5%，平均值为0.1%。ERA5资料与台站资料稳定度误差最大值为0.013，平均值为0.003；百分比误差最大值为2.9%，平均值为0.8%。ERA5资料与台站资料具有较好的一致性，应用于中国太阳能资源评估是可行的。     

晴空大气太阳短波辐射观测与模式比较

利用大气物理研究所香河观测站12d晴空条件下地表太阳直接和散射辐射观测资料、太阳光度计观测资料反演获得的气溶胶特性参数和水汽柱含量以及Dobson仪观测的臭氧柱总量资料,运用3个辐射传输模式,对地表太阳直接和散射辐射观测和模拟进行了对比分析。结果表明:直接辐射观测和模拟能较好吻合,但散射辐射的观测和模拟之间的差相对较大,模拟与观测的平均偏差为3%~5%,且80%~90%的模拟值高于观测量。与文献结果不同的是我们的模拟偏高量相对较低,而且有10%~20%的模拟低于观测。提高气溶胶特性以及其他输入参数估计精度将提高散射辐射观测和模拟的吻合程度。     

基于线性方法的内蒙古地区太阳总辐射月均值估算

探讨了内蒙古地区太阳总辐射月均值与日照百分率的关系,基于5个气象站1996—1998年连续3 a的月日照时数（n）和太阳总辐射值（R_s）。计算得到Angstrom方程的系数a和b,与和清华等拟合得到的中国西部太阳总辐射公式中的a=0.185,b=0.595,比较一致。同时,R_s和n之间的直接线性关系,R与月平均温度（T）之间的直接线性关系也能用来估算太阳总辐射月均值,总均方根误差约为80 MJ·m^-2/month,总百分比误差约为18%。     

区域复杂地形晴日太阳辐射估算研究

为改进复杂地形区区域地表接收太阳入射辐射的算法,基于数字高程模型、气象数据与遥感数据,分直接辐射、来自天空的散射辐射及来自周围地形的反射辐射3部分对海河流域2001—2019年区域地表接收的晴日太阳辐射日总量进行估算与分析。经验证,模拟的晴日太阳入射辐射日通量与实测数据吻合度较高,相关系数约为0.9,区域不同地形接收的太阳入射辐射空间差异明显,结果在可接受精度范围内,此估算方法可为山区太阳能的合理利用提供科学基础。     

日太阳散射辐射月均值估算模型的对比分析

散射辐射是地表太阳辐射的重要组成部分,其计算十分复杂。文章在前人研究成果的基础上,结合中国亚热带季风气候区的实际情况,以昆明为例,对9种已有的和文章所提出的2种日太阳散射辐射月均值估算模型进行了对比分析,并在武汉和广州对表现良好的模型进行了验证。结果表明,用文章所提出的模型估算昆明、武汉、广州的日太阳散射辐射月均值,具有较其它方法更高的模拟精度。因此,该模型可尝试用于我国亚热带季风气候区日太阳散射辐射月均值的估算。     

基于SVM方法的太阳总辐射值的估算

采用支持向量机（SVM）方法对太阳总辐射值进行了估算,并与传统的线性方法进行了对比分析。对于日太阳总辐射估算,SVM方法的均方根误差为2.27（MJ·m-2）/d,平均百分比误差为22%;而对于月太阳总辐射估算,SVM方法的均方根误差约为21（MJ·m-2）/month,平均百分比误差低于5%。SVM方法提供了一种高精度估算太阳总辐射的新途径。     

从宽谱晴空大气透过率提取气溶胶光学信息

大气气溶胶光学厚度是评价大气污染,研究气溶胶辐射效应的一个关键因子。结合五道梁地区MS-120太阳光度表观测及该地区宽谱太阳直接辐射观测资料,利用最小二乘法,拟合了晴空大气透射比与ngstr m浑浊度系数(1000nm波长气溶胶光学厚度)、1000nm波长气溶胶透射比回归方程。利用回归方程,从该地区晴空大气透射比中提取出了ngstr m浑浊度系数,利用ngstr m浑浊度系数与波长指数的关系,计算了五道梁地区波长指数的变化。计算了ngstr m浑浊度系数增大致使到达地表的太阳直接辐射的衰减量。     

太阳能在污水处理厂中的运行模式

我国太阳能资源丰富,陆地表面每年接收太阳能辐射总量达3.4×10³ ~ 8.4×10³ MJ /m²。污水处理厂因其占地面积大、高能耗等特点,与太阳能应用具有潜在的共生优势。文章主要通过污水处理厂两大处理内容——污水处理和污泥处置过程中的不同环节介绍了相应的太阳能应用技术,并通过实际案例及相应模拟计算,分析了污水处理厂的整体能耗及经济效益。结果表明,太阳能应用于污水处理厂中可大大降低其能耗和运营成本。     

基于TRNSYS的太阳能谷电蓄能供热采暖系统性能研究

为了研究太阳能谷电蓄能供热采暖系统运行特性,采用TRNSYS软件建立系统各部件模型,分析了太阳能辐照强度、集热面积和空气流量对系统太阳能保证率的影响,对系统进行优化研究。结果表明：太阳能辐射强度对系统太阳能保证率的影响较大,拉萨全年太阳能保证率波动比上海和北京小;太阳能保证率与集热面积呈正相关;空气流量对太阳能保证率影响较小,当空气流量为40 m³/(h∙m²) 时太阳能保证率最大,相比36 m³/(h∙m²)工况提高了0.26%;选择集热面积为650 m²、最佳空气流量为40 m³/(h∙m²) 的优化系统,相比集热面积为716 m²、空气流量为36 m³/(h∙m²) 工况下的年均太阳能保证率降低了1.22%。本研究可为太阳能谷电蓄能系统的后续研究提供参考。     

下吸式生物质气化炉热力学平衡模型研究

建立下吸式生物质气化炉热力学平衡模型,该模型包括焦炭、焦油和气体,并用已公布的实验数据对模型进行验证,均方根（RMS）在1.304~3.814之间,结果表明该模型的预测值与实验数据吻合较好,可认为模型可靠。然后模拟棉秆在下吸式生物质气化炉中以空气和富氧气体2种气化氛围下,不同操作参数(当量比、预热温度和气化炉反应温度)下对棉秆气化的气体组分、热值和产率的影响。模拟结果表明：富氧气体为气化剂时,当量比从0.20增至0.35时,气体中N₂含量比空气显著下降,达10%以上,同时发现能提高气体中H₂和CO的含量和热值,热值比空气提高约20%。预热温度对气化成分变化影响有限,随预热温度从30 ℃变化到130 ℃,气体的平均热值从空气的5.2 MJ/m³提高到富氧气体的7.0 MJ/m³。随气化炉内反应温度从750 ℃升至1250 ℃,空气和富氧气体2种气化剂下的H₂和CO分别从20.94%、26.84%和21.77%、28.67%下降到4.06%、9.12%和10.49%、21.60%,导致气体的热值降低。     

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵（PV/T-GSHP）联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明：夏热冬冷地区（以长沙为例）太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装（900 m²）时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8 ℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R²为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统（最小降幅为沈阳,49.7%）,远小于空气源热泵（最小降幅为石家庄,79.8%）和燃气壁挂炉（最小降幅为沈阳,65.1%）。     

太阳能驱动的膜式加热加湿系统性能实验研究

中空纤维膜加湿系统能从根本上解决空气加湿过程中气液夹带的问题。通过搭建太阳能驱动的中空纤维膜加热加湿系统试验台并在冬季进行实验测试,分析出太阳能辐射量、空气体积流量和热水体积流量对系统加热加湿性能的影响。研究发现提高太阳能辐射量和空气体积流量对系统的加湿能力和热性能系数均有积极影响,而前者的影响更为显著。为了获得最好的系统性能,选择40℃(对应太阳能辐射量为329 W/m²)和100 L/h作为最佳热水条件,空气体积流量为100 m³/h。在此条件下,出口空气的含湿量为22.4 g/kg,约为环境空气的4倍。空气温度为30.5℃,热性能系数COP可达2.40,太阳能利用率为45%。由于膜加湿器的热质交换能力有限,过度提高热水温度反而降低太阳能利用率。为了在含湿量低的环境空气下提供较好的性能,采用低的空气体积流量,有助于提高出风的含湿量和空气温度。     

中国不同气候区逐日直散分离模型适用性分析及通用计算模型优化

利用中国5个气候区59个气象台站1981——2010年的日值气象数据,对比分析8个散总比和3个散射系数直散分离模型在中国不同气候区的适用性。采用判定系数（R2）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MABE）、平均误差（MBE）和全局性能系数（GPI）5个误差评价指标,确定各气候区最适宜的模型形式。以该模型为基础,建立适用于中国不同气候区的散总比和散射系数逐日直散分离通用模型。结果表明,除线性形式散射系数模型精度较差外,其他模型计算精度均较高,散总比和散射系数模型平均R2分别为0.85和0.62;基于晴空指数-日照百分率的二次多项式散总比模型和基于日照百分率三次多项式散射系数模型在不同气候区精度均最高;以该模型为基础建立中国不同气候区散总比和散射系数逐日直散分离通用模型,其平均R2分别为0.89和0.70。     

Measurement of solar energy radiation at Nsukka and the determination of the regression coefficients

Solar radiation for Nsukka, latitude 6.8°N, longitude 7.35°E, located 488 m above sea level, was collected for 11 yr using a Gunn-Bellani instrument, and the data obtained were restandardized using an Eppley precision pyranometer. The sunshine data during this period were also obtained using a Campbell-Stokes sunshine recorder.

It is observed that the insolation level for the month of November during the period of measurement is the highest, with an average of 17.50 MJ/m². The level of insolation during this month varied sinusoidally with an amplitude of 3.84 MJ/m². The clearness index, k_T, is 0.53, and there is an indication that the atmosphere was persistently laden with dust. August has the least insolation level with an average of 11.86 MJ/m² and a k_T of 0.32. The atmosphere during this month was always covered with cloud. This work confirmed the assertion by Awachie and co-workers that dust and haze attenuate insolation less than cloud cover. The Nsukka weather is rated to be heavily overcast, and over 90% of the total solar radiation is diffuse, with an average k_T value of 0.43.

The average regression coefficients a and b for Nsukka are 0.21 and 0.51 respectively. These values do not agree with the general relations and values already quoted by some workers. The predicted insolation values for Nsukka using these coefficients in the Angstrom type of formula agree with the measured data with an error of 0.7%. This level of accuracy compares well with those obtained when the insolation values are predicted for each year using the values of a and b deduced for the respective year. Furthermore, there was an indication that the level of accuracy obtained using average values of a and b might increase if a longer period is considered. Thus, with reliable average values of a and b obtained over a reasonably long period, and knowledge of the bright sunshine hours, the measurement of solar radiation in a location, for design purposes, may not be necessary.     

跨季节蓄冷特性与系统设计优化

考虑现有采暖供冷技术能耗高或适用性低等特点,提出以冰源热泵为核心的跨季节蓄冷技术。以5种系统方案为研究对象,建立系统模型定量评价分析不同方案在不同区域的能耗特性以及经济效益。结果表明：1）方案3（跨季节蓄冷）、方案4（跨季节蓄冷与夜间蓄冷）、方案5（土壤源热泵）的一次能源消耗量和污染物排放量比方案1（空气源热泵）和方案2（集中供热与冷水机组）少50%以上;2）跨季节蓄能技术可有效提高系统的全年COP值,其存储效率和循环次数可达到96%和2.1次;3）上海适用空气源热泵方案,北京适用跨季节蓄冷方案,沈阳适用集中供暖方案;4）在北京,对于3万m²以上供暖供冷面积的大型建筑,采用方案4的增量投资回收期只有约3 a。     

热除菌型Trombe墙系统性能研究

热除菌利用细菌在高温下失活的原理,是一种安全、有效、环保的杀菌方法。将热杀菌技术与Trombe墙结合,提出一种热除菌型Trombe墙系统,能同时实现建筑室内采暖和热杀菌功能。围绕提出的除菌型Trombe墙进行墙体热性能实验研究,探究墙体全天的热性能;同时建立系统传热热传质模型,进行室内典型细菌的热失活分析。结果表明,在环境温度为18.1℃、太阳辐射强度为620.6 W/m²的实验条件下,日均空气热效率为0.46;对于大肠杆菌、利斯特氏菌、植物乳杆菌、山夫顿堡沙门氏菌和酿酒酵母五种细菌,热除菌产生的洁净空气量在0 ~ 40 m³/h范围内,全天净空气总产生量分别为94.01 m³/(m²∙d)、86.51 m³/(m²∙d)、100.70 m³/(m²∙d)、94.95 m³/(m²∙d) 和100.10 m³/(m²∙d);当换气次数为0.5 h^-1、细菌从室外进入室内的穿透系数为0.8、室外平均细菌浓度为447.10 CFU/m³时,室内五种细菌的除菌率分别为95.03%、91.54%、95.49%、95.22%、95.48%。     

基于PVT集热/蒸发器的补气增焓热泵性能分析

传统直膨式太阳能辅助热泵系统在低温环境适应性欠佳,影响其在寒冷地区使用,通过采用补气增焓技术可以有效提高其低温条件下的供热能力。以所提出的采用PVT集热/蒸发器的补气增焓热泵系统为研究对象,计算分析环境条件、太阳辐射强度、注入蒸汽质量流量对该热泵系统性能的影响。研究结果表明： 当环境温度为-10℃,太阳照强度为500 W/m²时,性能系数（COP）可达4.3,比使用补气增焓（VI）循环的空气源热泵（ASHP）系统高63.6%。以当量热价（LCOH）作为指标与其他3种供热系统进行比较,所提出的系统经济性也具有一定的优势,可为补气增焓热泵系统在寒冷气候地区的应用提供新思路。