寒冷地区户用大平板太阳能集热器-空气源热泵系统性能研究

针对太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵供暖成本高的问题，提出空气源热泵辅助太阳能稳定供暖构想，在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村研发搭建大平板太阳能集热器-空气源热泵系统，对比研究晴天、多云和阴天3种典型工况下大平板太阳能集热器的集热效率、太阳能热泵和空气源热泵COP、太阳能保证率、系统总供热量和系统能效比等性能参数。结果表明：晴天、多云和阴天系统集热效率分别为44.9%、38.7%和20.6%,3种工况下太阳能热泵COP均为4.0，空气源热泵COP分别为3.5、3.3和3.1，太阳能保证率分别为38.1%、32.3%和12.9%，系统全天供热量分别为142.52、135.22和120.96 kWh，系统能效比分别为3.5、3.4和2.7。研究结果证明大平板太阳能集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性，可为寒冷地区农村单体建筑的供暖提供一种新途径。     

一种主、被动结合的太阳能空气采暖模拟研究

主、被动结合的太阳能双效集热器空气采暖系统,可同时解决南向房间和北向房间的供暖问题。借助TRNSYS仿真平台,编写双效集热器的嵌入模块,对应用在太阳能示范建筑上的主、被动式双效集热器空气采暖进行模拟研究。模拟结果显示在合肥地区,木质结构的示范房只需白天供暖情况下,整个采暖期的太阳能保证率为38%,而同样条件下在拉萨和上海地区,太阳能保证率分别达到77%和58%;若示范建筑采用有蓄热能力的混凝土砖墙结构,在拉萨地区全天供暖条件下太阳能保证率达到64%;晴朗天气,南向房间和北向房间白天均可达到20℃舒适性温度。同时讨论集热器倾角、出口温度、集热面积等对主动式空气采暖太阳能保证率的影响。     

新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器及热性能研究

设计了一种新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器,其主要由太阳能真空集热管、相变储热球、电加热棒和换热管道组成。实验以复合三水醋酸钠为相变材料,进行无水箱相变蓄热式太阳能集热器的热性能研究,结果表明:在总容积为34 L的集热管组中添加20%的相变储热球后,管内单位容积蓄热量增加,总蓄热量达8.2 MJ;放热过程高温段延长,放热量增加1.98 MJ,有效放热率为0.81;经夜间保温测试,集热管组温降率为1.4℃/h。     

太阳能联合城市燃气锅炉供暖系统的节能设计优化

研究太阳能联合城市燃气锅炉供暖系统的节能设计优化方案。设计集太阳能集热器、蓄热水箱、换热器、水泵、燃气锅炉等重要设备于一体的联合供暖系统，分析串联供暖与并联供暖组合方式，以及适用于联合供暖组合的太阳能单独供暖、同时供暖、燃气锅炉单独供暖三种供暖模式，采用TRNSYS构建串联供暖系统与并联供暖系统模型，对串联供暖系统与并联供暖系统节能设计进行比选，并从运行经济性角度出发优化联合供暖系统容量匹配节能设计。串联供暖系统节能设计比并联供暖系统节能设计的太阳能保证率高、系统性能好、系统能耗低。     

新型相变蓄热式太阳能集热管及热性能研究

结合太阳能真空集热管和相变蓄热材料的特点,提出了一种集热/蓄热一体化的新型相变蓄热式太阳能集热管,该集热管主要由金属-玻璃真空集热管、螺旋换热管和相变蓄热材料组成。通过室外蓄放热性能实验进行性能测试,结果表明:该新型相变蓄热式太阳能集热管集热效果良好,集热温度可达80℃以上,可很好地应用于热水供暖领域;以石蜡为相变蓄热材料,单根集热管的蓄热量可达3.25 MJ;放热过程中,有效得热量为873.6 kJ,放热损耗率为0.602;在保温性能上,温降率达1.67℃/h,保温性能待进一步提高。     

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%）。     

基于插栓流模型的太阳能供热系统的研究

采用蓄热水箱的多节点模型,对典型太阳能供热系统进行全年逐时模拟计算.计算数据表明,相比于完全混合的蓄热水箱,水箱温度分层可较大幅度提高太阳能集热器的平均效率和太阳能保证率.同时还分析了不同集热器类型、供水温度、供回水温差等条件下.蓄热水箱温度分层对太阳供热系统性能提高程度的影响.     

跨季节蓄热太阳能集中供热系统的仿真分析

以天津市某一拟建工程项目为背景,应用TRNSYS(Version 16)软件对系统的长期运行特性进行了模拟,并分析了集热器面积-水箱体积比(A/V)对系统运行的影响;为比较准确地评估系统的蓄热能力,还提出了CSHPSS蓄热效率这一概念,并计算出系统在天津气候条件下A/V为0.2时的蓄热效率值和变化趋势;为分析国内不同气候条件对系统的影响,对同样系统在天津和沈阳两地的太阳能保证率进行了对比.通过系统仿真,得出天津市是比较适宜建没CSHPSS的地区,通过埋地水箱进行跨季节蓄热,在A/V比在0.1-0.4范围内,系统的太阳能保证率在运行的第2年即可达到31%～54%.     

蓄热介质对太阳能热风发电集热器性能的影响

分别以沙子、石子以及石子与充水黑色密封管的组合作为蓄热介质,搭建了太阳能集热器试验装置并进行了相应的试验研究,得出了不同蓄热介质的吸放热特性及其对集热器内空气进出口温差、集热器效率的影响规律.结果表明:在相同的平均辐射强度下,石子与充水黑色密封管组合集热器的蓄热性能好,且集热器空气进出口温差及集热器效率最大,为太阳能热风发电系统集热器地面蓄热材料的选用提供了依据.     

双热源太阳能热泵在住宅建筑中的应用研究

提出一种新型的太阳能-空气复合热泵系统,并对其运行策略进行介绍。系统同时满足建筑物室内供暖、制冷及热水需求,具有较高的综合利用性能。通过进行太阳能供暖实验,分析太阳能集热、蓄热系统对室内供暖保证率的影响。     

Study on design and thermal characteristics of vacuum tube solar collector intubated with heat storage tube

In this work, a heat storage vacuum tube solar collector intubated with heat storage tube is designed, which consists of solar vacuum tube, phase change material insert tube, and heat holding cover. The internal energy conversion, transmission, and storage theory are established based on the structure of the heat storage vacuum tube. The parallel and series‐parallel solar air collector system prototype consisting of nine heat storage solar vacuum tube solar collectors is designed and tested. The test results showed that the daily average conversion efficiency of the parallel and series‐parallel prototype reached 56.9% and 48.46%, respectively. Compared with nonheat storage prototype, the heat storage parallel and series‐parallel prototype had higher conversion efficiency by, respectively, 10.9% and 7.8%, longer effective heating time, and better heating stability and practicability. At the same time, the heat storage solar collector has compact structure, which is convenient to use.     

固-固相变蓄热材料在太阳能高温空气集热系统中的应用研究

为利用太阳能获得稳定持续的高温空气工质,除了有效集热外,还需要解决因太阳辐射强度变化导致输出工质温度波动的问题。在性能优良的太阳能集热系统中采用蓄热技术是解决此问题的有效途径。根据给定的设计目标,研究将固-固相变蓄热材料季戊四醇应用到太阳能集热蓄热一体化的实验装置中。实验结果表明:按集热蓄热一体化思路设计的实验装置,集热单元能够输出最高温度超过220℃的高温空气,蓄热单元能够将高温空气的温度稳定在蓄热材料的相变温度附近。并且随着蓄热管级数的增加,空气出口温度稳定的时间就越长,为利用太阳能获得稳定持续的高温热媒工质奠定了基础。     

太阳能跨季节储热供热系统试验分析

介绍了一种太阳能-土壤源热泵联合供热系统,对其运行试验数据进行了分析,并对其运行能效比与两种单独由土壤源热泵供热的模式进行了比较。土壤温度的变化不仅与取热速率有关,还与地温的自动恢复能力相关。该试验建筑所在的土壤条件下地温的恢复能力为30～40MJ/d。采用太阳能-土壤源热泵联合系统能效比最高,土壤源热泵单机组双供系统次之,而土壤源热泵单机组单供系统能效比最低。太阳能跨季节储热及土壤源热泵联合供热系统适用于热负荷远大于冷负荷的建筑。     

集成管道生物质蓄热墙设计及热工性能研究

针对传统生物质墙体存在集热蓄热差的热工问题,提出一种以太阳能为热源的集成管道生物质蓄热墙体,通过建立对比实验模型,分别测试墙体系统及室内物理环境参数,研究2种模型存在的热效率差异,并对实验组墙体系统进行供热性能分析。结果表明：所提出的集成管道生物质墙体系统具有良好的集热、蓄热性能;管道流系统循环控制策略应适应当地气象条件以优化系统供热效率;集成管道生物质蓄热墙节能率可达79.3%,经济效益明显,在生物质能与太阳能富集地区具有广泛应用前景。     

Solar multi-mode heating system based on latent heat thermal energy storage and its application

为克服太阳能间断性和不稳定性的缺点进而实现太阳能集热与采暖的能量供需调节和全天候连续供热,提出了基于相变储热的太阳能多模式采暖方法（太阳能集热直接采暖、太阳能集热采暖+相变储热、太阳能相变储热采暖）,并在西藏林芝市某建筑搭建了太阳能与相变储热相结合的采暖系统,该系统可根据太阳能集热温度和外界供热需求实现太阳能多模式采暖的自动控制和自动运行。实验研究表明：在西藏地区采用真空管太阳能集热器可以和中低温相变储热器很好地结合,白天储热器在储热过程中平均储热功率为10.63 kW,储热量达到92.67 kW·h,相变平台明显;晚上储热器在放热过程中供热量达85.23 kW·h,放热功率和放热温度平稳,储放热效率达92%,其储热密度是传统水箱的3.6倍,可连续供热时间长达10 h,从而实现了基于相变储热的太阳能全天候连续供热,相关研究结果对我国西藏地区实施太阳能采暖具有一定的指导作用。     

屋顶集热式太阳房供暖系统研究

研制了一种屋顶集热式太阳房供暖系统,对该系统进行了结构设计优化和试验测试,结果表明,在冬季晴朗的白天,对于保温较差的试验平房（热负荷约为120W／m^2）,利用1／2的屋顶面积集热,室内温度最高达到20℃,平均温度约18℃,比对照房温度高约6℃;对于保温较好的建筑物（采暖期热负荷约为20W／m^2）,太阳能供暖系统在冬季白天可有效地为房间供热,多余的热量利用储热装置储存以满足夜间供暖的需要,从而实现冬季24小时为建筑物供热的目标。     

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.     

Experimental study of a refrigerant charged solar collector

The performance of a heat-pipe solar collector was investigated experimentally using refrigerants R11 as the working fluid. The unit is fabricated locally and its performance is evaluated under Beirut Solar conditions. The heat transfer from the heat pipes to the hot-water storage tank took place through a circular end condenser section of the heat-pipe integrated within the collector frame. Tests of single heat pipes showed that the thermal performance of the heat pipe were dependent on its tilt angle, condenser section length and configuration, and type of internal wick used. A circular condenser end of the heat-pipe performed better than a straight condenser due to increased surface area for heat transfer. The R11-charged solar collector with integrated condenser for secondary cooling of water had an efficiency in early operation hours that reached values higher than 60% for the forced circulation mode. The instantaneous system efficiencies varied from 60 to 20%, which are in the range of conventional water solar collectors. System response was fast and sensitive to the incident solar radiation. The thermosyphonic mode of the system operation generated build up of stored energy in the condenser, resulting in oscillating-type flow thus reducing system efficiency below values obtained with forced circulation. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Experimental investigation of thermal performance of a solar assisted heat pump system with an energy storage

An experimental solar assisted heat pump space heating system with a daily energy storage tank is designed and constructed, and its thermal performance is investigated. The heating system basically consists of flat plate solar collectors, a heat pump, a cylindrical storage tank, measuring units, and a heating room located in Gaziantep, Turkey (37.1°N). All measurements are automatically collected as a function of time by means of a measurement chain feeding to a data logger in combination with a PC. Hourly and daily variations of solar radiation, collector performance, coefficient of performance of the heat pump (COP_HP), and that of the overall system (COP_S) are calculated to evaluate the system performance. The effects of climatic conditions and certain operating parameters on the system performance parameters are investigated. COP_HP is about 2.5 for a lower storage temperature at the end of a cloudy day and it is about 3.5 for a higher storage temperature at the end of a sunny day, and it fluctuates between these values in other times. Also, COP_S turns out to be about 15–20% lower than COP_HP. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Investigation of a combined solar–heat pump system for residential heating. Part 1: experimental results

In order to investigate the performance of the combined solar–heat pump system with energy storage in encapsulated phase change material (PCM) packings for residential heating in Trabzon, Turkey, an experimental set‐up was constructed. The experimental results were obtained from November to May during the heating season for two heating systems. These systems are a series of heat pump system, and a parallel heat pump system. The experimentally obtained results are used to calculate the heat pump coefficient of performance (COP), seasonal heating performance, the fraction of annual load meet by free energy, storage and collector efficiencies and total energy consumption of the systems during the heating season. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.