基于TRNSYS的太阳能光热系统数值模拟和优化

文中利用TRNSYS模拟软件建立太阳能光热系统模型,并在理论计算和实测数据验证该模型的基础上,模拟了气象条件、集热器安装角度、集热器面积和水箱容积等因素的变化对水箱平均温度和集热系统效率的影响;设计正交实验,给出了集热器面积与水箱容积的最佳组合,在理论分析与实验模拟的基础上,提出了太阳能光热系统的优化.     

基于TRNSYS的空气源热泵辅助太阳能热水系统优化研究

为实现空气源热泵辅助太阳能热水系统中关键参数的优化匹配,基于TRNSYS动态模拟平台建立完整的空气源热泵辅助太阳能热水系统模型。以系统生命周期成本为目标函数,以集热器面积、集热器倾角、水箱容积及热泵功率为优化变量,借助GENOPT软件调用Hooke-Jeeves算法对系统各变量进行同步优化,并对各优化变量进行敏感性分析。以西昌市某学生宿舍的空气源热泵辅助太阳能热水系统为研究对象进行优化。研究结果表明,优化后的COPsys普遍提高,系统性能得到明显改善,系统全年运行费用缩减,全年节电率高达9.11%。并在此基础上提出关键参数的推荐匹配原则:单位集热面积水箱容积为70 L/m~2,单位集热面积热泵功率为60 W/m~2,最佳集热器倾角为φ-6°(φ为当地纬度)。对空气源热泵辅助太阳能热水系统进行设计时,可依据以上匹配原则对热泵功率、集热器面积、水箱容积、集热器倾角按照先后顺序进行优化。研究结果可为空气源热泵辅助太阳能热水系统的优化设计提供理论依据。     

光照资源富集区太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同设计优化研究

针对常规太阳能供热系统优化设计中太阳集热供热站设计与供热管网设计相互分离,供热管网热传输过程中热损失难以精准计算的问题,建立太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同优化模型,以系统全生命周期成本最小为优化目标,采用遗传算法求解,并通过具体算例与常规优化方法以及工程设计方法的计算结果进行对比分析。结果表明,利用协同优化模型进行太阳能集中供热系统设计,能够有效避免设计系统太阳能保证率偏小以及供热管网比摩阻不满足规范要求的现象。针对具体算例,当太阳能保证率由50%增至100%时,系统最优最低供水温度从60℃降至45℃;随着太阳能保证率的升高,系统单位太阳集热器面积所匹配的储热水箱体积增大,而系统供热管网管径保持不变。     

基于Trnsys的太阳能热泵苜蓿干燥系统优化研究

为了提高太阳能辅助水源热泵苜蓿干燥系统的干燥效率和性能系数,从设计和运行两个方面进行模拟研究。利用Trnsys软件设计并搭建了系统仿真模型,输入室外天气参数,对储热水箱体积、水冷集热器流量和是否带有空气-空气热交换器进行模拟研究。结果显示：在储热水箱最佳体积为0.5 m³、水冷集热器最佳流量为0.3 kg/s条件下,不带热交换器可以有效干燥40 kg新鲜苜蓿,带热交换器可以有效干燥50 kg苜蓿。     

严寒C区太阳能热水采暖系统设计参数匹配的研究

以太阳能热水采暖系统蓄热水箱的容积与太阳能集热器的集热面积的匹配关系为研究对象,通过数值模拟的方法,以严寒C区的赤峰地区为例,参考赤峰地区的逐时气象数据,以太阳能热水采暖系统的集热效率、太阳能贡献率为优化目标,对蓄热水箱的容积与太阳能集热器的集热面积的比值(RVA)、蓄热水箱保温层厚度等设计参数进行了优化研究.研究结果...     

太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析

通过分析太阳能采暖系统所需蓄热鼍与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式.根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量变化规律;并对各种蓄热温差下对应的蓄热水箱容积进行了模拟分析,结果表明:太阳能采暖系统所需蓄热量随太阳集热器的集热量与建筑热负荷之间的差值增大而增加;蓄热水箱容积随蓄热温差增大而减小,当蓄热水温达到80℃时,在各种地面采暖系统取水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积趋于相等.     

双水箱太阳能集中热水系统关键参数优化及建筑类型的适用性研究

为对供热水箱容积、供热水箱控制最低水位、补水泵流量、集热水箱放水温度等关键参数进行系统优化,建立典型的双水箱太阳能集中热水系统仿真模型,以太阳能保证率和集热效率为主优化指标。结果表明:部分工况下供热水箱容积的增大会引起太阳能保证率的增大,但集热器的集热效率会有所减小;对于供热水箱通过水位控制的双水箱太阳能集中热水系统,建筑类型对系统补水泵流量的影响较大;对于集热水箱到供热水箱的热水通过温差控制的热水系统,放水温度应大于用户用水温度;双水箱太阳能集中热水系统,更适于24 h连续供水的建筑类型。     

基于TRNSYS的太阳能耦合燃料电池热电联产系统的模拟研究

文章建立了太阳能耦合燃料电池热电联产系统的TRNSYS模型。采用镇江地区的天气数据(太阳直射辐射强度和环境温度),模拟了该系统在各典型日的火用效率。得出热电联产系统的集热量、发电量及火用效率均随着太阳辐射强度的增强而提高的结论。基于此,将热电联产系统的生命周期成本设为优化目标,采用Hooke-Jeeves算法对关键运行参数进行优化。结果表明:当集热器面积为15 m²,单电池片数为60个,蓄热水箱容积为5 m²,太阳能电池板面积为5 m²时,可以获得最小的生命周期成本49.1万元,比常规模型降低11.7%;优化后的热电联产系统在典型日的火用效率为50%~57%,较常规热电联产系统提升50.0%~85.7%。     

专利信息——太阳能热利用

本实用新型为一种水箱分层供水分区加热太阳热水器。它包括太阳集热器和水箱。其特征为：在本太阳热水器的水箱中设置有隔层,将水箱分隔为储水区和加热区两部分,分隔的储水区和加热区的容积比为1：0．4～1,储水区进水口与太阳集热器连接;在加热区中设置有电加热器和出水口;     

高寒地区户用太阳能沼气发酵系统的设计

以呼和浩特地区冬季环境条件和太阳能辐射数据为依据,设计了一套适用于严寒地区冬季气温条件下的户用太阳能沼气发酵系统。沼气发酵池体积为6 m3,通过计算沼气池的热负荷,得出维持池内正常产气所需的热量为37.7 MJ;采用真空管太阳能集热器循环系统,太阳能集热器的集热面积为5.17 m2,所需真空管数量为50根,储热水箱的容积为0.72 m3。     

太阳能辅助CO2热泵供热系统的试验与优化研究

提出一种用于住宅采暖和全年提供生活热水的太阳能辅助CO2热泵供热系统,并将该系统运用于上海地区一座90 m2的示范住宅。其中,真空管集热器阵列的面积为40 m2,CO2热泵压缩机的额定功率为2 k W。通过冬季试验对系统进行性能测试。并在此基础上,运用TRNSYS软件建立系统模型,对包括蓄热水箱容积和工作水箱容积等系统的结构参数进行优化分析。结果表明:在环境温度为4.8℃、机组进出口水温37.9℃和48.6℃的实验工况下,CO2热泵机组的COP可达2.63,CO2热泵单独供热模式的系统性能系数COPS可达2.24;在该文实验工况下,太阳能采暖模式的系统性能系数COPS为14.53;当蓄热水箱和工作水箱的容积分别为0.9 m3和0.7 m3时,系统在整个采暖季的耗电量最小且太阳能的保证率达到65.7%。     

蓄热水箱水温和水箱体积对太阳能集热系统的性能影响分析

采用实验和模拟计算方法对太阳能集热系统蓄热水箱的水温和水箱体积影响因素开展探究，分析日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度等参数随水箱初始温度和水箱体积的变化规律。研究结果表明：水箱初始温度从10.34℃增加到29.88℃时，日有用得热量减少了19.52%；换算成日太阳辐照量为17MJ/m2时的储热水箱中水的温升值下降了17.66%，储热水箱结束水温下降了10.73%；单位面积日有用得热量减少了17.64%。通过TRNSYS模拟软件，分析出太阳能集热系统全年运行工况时的水箱变量参数对系统性能的影响，获得了日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度的变化规律。通过选取不同月份的若干个时段进行对比分析，得出水箱体积对太阳能供热系统的影响较水箱初始温度大；当下调水箱初始温度和缩小水箱体积时，日有用得热量提升，但集热器功率降低；当上调水箱初始温度和缩小水箱体积时，水箱内平均温度升高；且随着太阳能集热系统运行时间的累加，水箱初始温度和水箱体积对上述各性能参数的影响减弱。日有用得热量、集热器功率和水箱内平均水温随着季节变化明显，秋季和冬季气候下的日有效得热量，集热器功率和水箱内平均水温均低于春季和夏季。     

专利信息

集体型太阳热水器 　　本实用新型为一种集体型太阳热水器。它由保温水箱、集热器、强制循环泵、补水箱和水管组成。保温水箱的底部设有取水套管,取水套管上设有取水浮球、出水口设在浮球旁。保温水箱底部经水管和强制循环泵连接集热器的下集管,集热器上集管由水管连接保温水箱的顶部。水箱内设有水位控制器,补水箱的入口接冷水进口,其出口接往保温水箱的底部。本实用新型充分利用太阳能,热效率高。 　　(专利权人深圳市嘉普通太阳能有限公司授权公告号 CN2357278Y) 1.试水水咀 2. 4.连接件 3.集热器 5.保温水箱 6.入孔 7.取水浮球 8…     

低温空气源热泵与太阳能联合供暖系统分析

通过介绍一种低温空气源热泵和太阳能联合供热系统,将太阳能集热器置于室外空旷地带或建筑屋面上,通过管道与储热水箱相连,储热水箱通过水泵与板式换热器相连,室内供暖回水管与板换相连,且设置相应的电动阀门,与储热水箱热水循环泵联动运行。增加单独利用太阳能的时间,充分利用空气能,减少空气能能耗,减少化石能源的使用,降低系统运行费用。     

太阳能热泵相变蓄热供暖系统参数影响研究

针对寒冷地区的气候特点及建筑负荷特点,提出利用相变蓄热的太阳能热泵系统,介绍该系统的运行原理,建立系统各部分的数学模型,针对哈尔滨地区(45.8°N,126.8°E)的气象条件,编制系统动态运行模拟程序,研究太阳集热器面积及相变蓄热水箱参数对整个系统运行性能的影响。研究结果表明,当设计热负荷为10 k W时,系统所需太阳集热器面积约为60 m2,对应相变蓄热水箱中相变材料最佳质量分数约为70%,相变材料封装尺寸减小有助于提高太阳能集热量,且该效果在供暖初期和末期更为显著。     

光伏光热与空气源热泵联合供暖系统设计与优化配置研究

针对国家碳减排战略布局及北方居民对清洁采暖的经济性需求,设计了一种光伏、光热、储热一体化供暖系统,并对系统关键组件及设备进行优化配置研究。首先,以光伏、集热器、空气源热泵为主要能量来源,形成多能互补的系统拓扑结构;其次,综合考虑当地收入水平,以系统生命周期碳排放及生命周期费用最小为优化目标,以光伏容量、集热器面积、水箱体积、热泵功率为优化变量,运用Hooke-Jeeves优化算法对系统进行优化;最后,以张家口某地300 m²建筑为例进行系统优化设计。结果表明与电锅炉供暖系统、空气源热泵系统和未优化系统相比,经优化后系统的生命周期费用、碳排放均有显著改善。研究方案具有良好的经济及碳减排性能,可为北方地区清洁供暖提供相应参考。     

太阳能采暖系统储热水箱体积匹配研究

以太阳能光热采暖系统的集热面积与储热水箱体积的匹配为研究对象,搭建基于小时级热量流动的太阳能采暖系统模型。基于此模型,对集热面积和储热体积匹配关系对系统运行效率、经济性及安全性的综合影响进行讨论。并以一个典型算例为例,结合经济性分析方法,给出太阳能采暖系统最优集热面积和水箱体积的设计流程。研究表明:单位集热面积匹配储热体积的最优值并非是一个定值,而是与系统的总集热面积有很强的相关性。系统集热面积越大,单位集热面积对应的最优储热体积越大。相应地,系统的热损失也越大,单位集热面积的有效供热量越小。因此,需要从集热量与热损失2个方面综合权衡系统规模,并合理匹配储热体积,以保证系统运行的经济性和安全性。     

基于BP神经网络的PTC工质出口温度研究

在槽式抛物面太阳集热器的热性能研究中,数据往往具有随机性、非线性和不确定性等特点,采用传统建模方法经常做出大量假设,导致仿真精度不高且复杂。以槽式抛物面太阳集热器为研究对象,将传统理论模型与BP人工神经网络相互耦合,通过集热器热性能室外动态试验,建立工质出口温度的神经网络预测校正模型。引入Levenberg-Marquardt(LM)法对BP神经网络的权值及阈值进行优化。分析结果表明,预测校正模型可将绝对误差控制在3.8℃以内,相对误差保持在3.6%以内,可有效提高槽式抛物面太阳集热器热性能的仿真模型计算精度。     

太阳能集热系统过热影响因素分析

通过分析太阳能供热系统集热、蓄热和用热各个子系统的动态热量热平衡关系,建立太阳能集热系统热量传递数学模型,并结合集热系统内部流体过热汽化原理,提出集热系统过热度评价指标,并对集热系统在不同流量、水箱容积以及不同连接方式等条件下的过热程度进行分析计算。结果表明,集热系统过热度随热媒流量、集热器倾角和水箱容积取值的增大而减小,并通过对上述3种因素进行敏感性分析得到集热器倾角对系统过热度的影响最大。     

相变储能型太阳能多功能系统性能研究

针对真空管式太阳能系统易受环境影响,功能单一的问题,建立一种相变储能型太阳能多功能系统模型,对相变储能集热器进行性能实测,采用TRNSYS软件对多功能系统模拟,分析相变材料和集热器流量对系统性能的影响。得出结论,储热水箱出口温度维持在100℃左右时,能满足供热、供热水需求及制冷系统稳定运行。流体流量2 g/s且填充相变材料进行保温时,集热器达到最佳热效率,系统运行性能最优。相变储能集热器温度缓慢降低,蓄热性能更好,使用时间更长,并且获得较高的集热效率,瞬时效率截距值为0.71。