[发明专利]基于有效集热量的太阳能供暖系统集热器安装优化方法

说明书

本发明公开了一种基于有效集热量的太阳能供暖系统集热器安装优化方法，包括以下步骤：a）、太阳能集热系统的有效集热量的确定；b）、太阳能供暖系统集热器安装优化模型建立；c）、优化数学模型。本发明通过基于有效集热量优化所得的太阳能集热器最佳安装方位与安装倾角可以消除集热面多接受的无效太阳辐照，使得所确定的太阳能集热器安装更为精确。

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于有效集热量的太阳能供暖系统集热器安装优化方法。

背景技术

随着主动太阳能产品的不断发展，太阳能热水和主动太阳能供暖技术在建筑中应用逐渐成为研究重点。太阳能辐射到达地球表面的辐射照度变化很大，即使在同一地点，不同倾斜面上所获得的太阳辐照量也有很大差别，所以准确地选择太阳能集热器的安装倾角和安装方位角，是最大限度地利用太阳能资源的一个重要措施。

对于最佳安装方位与倾角，众多研究给出了不同的结果。如文献：Chinnery D NW.Solar water heating in South Africa[R].CSIR-Reseach Report 248，Pretoria，1971，建议南非地区太阳能最佳倾角为当度纬度+10°；文献：HeywoodH.Operatingexperience with solar heating[J].JIHVE，1971(6)，给出最佳倾角为当地纬度-10°；文献：《太阳能供热采暖工程技术规范》[S]，中国建筑工业出版社，2009，GB50495-2009，指出安装倾角宜选择在当地纬度-10°～+20°的范围内。

对于最佳安装优化方法，众多学者均是基于倾斜面接收的太阳辐照量研究不同建筑太阳能集热器的安装方位与安装倾角。文献：廖祯群，刘新月.平板集热器安装倾角与太阳辐射量吸收的关系[J].绿色科技，2015，4:258-262，以集热器表面所能接受到的太阳辐射量最大为目标，对昆明与丽江两个城市太阳能集热器的最佳倾角进行了优化研究；文献：Huseyin Gunerhan,Arif Hepbasli.Determination of the optimum tilt angle ofsolar collectors for building applications[J].Building and Environment，2007,42:779-783，以集热器表面所能接受到的太阳辐射量最大为目标，对土耳其太阳能集热器的最佳倾角进行了优化研究；文献：杨红霞，郑海.陕北地区太阳能热水器最佳倾角确定[J].低温建筑技术，2015,6:142-144，以集热器表面所能接受到的年平均太阳辐射量最大为目标，对陕北太阳能集热器的最佳倾角进行了优化研究；文献：马江燕.典型气象年下我国正南安装的太阳能集热器最佳倾角的计算与分析[J].铁道建筑技术，2012,5:110-113，以集热器表面太阳辐射日总量平均值最大为目标，对我国10个城市太阳能集热器的最佳倾角进行了优化研究；文献：汪海涛，刘艳峰.拉萨太阳能集热器竖排安装最佳倾角分析[J].节能技术，2009,27(6)：525-563，以集热器集热量最大为目标，对拉萨地区太阳能集热器倾角进行了优化，但是其将集热器效率取为定值，实质上其与以集热器表面太阳辐射日总量平均值最大为目标的方法一致。

可见，传统研究仅根据集热器表面接受到的辐照量进行优化推荐，并未考虑环境温度以及工质温度对集热器吸收热量的影响。实际应用中，由于太阳能光热采暖系统集热效率不仅受辐照强度的影响，还与室外环境空气干球温度有关，较低的室外空气温度与较弱的太阳辐射强度时段，集热器表面对流换热造成的散热损失大于集热器表面与太阳的辐射得热量，所以在温度与太阳辐射强度较低的日出和日落时段，虽然集热器表面可以接收到太阳辐照能，但并不能加热集热器中的热水，这导致一天中近2个小时的太阳辐射是无效的，尤其在一些阴雪天气时段更是如此，如图1所示。利用典型气象年逐时气象数据对全年工况进行模拟计算后，可得集热器单位面积集热量，如图2所示，从图中可以明显看出，全年有众多时间段虽然存在太阳辐射，但集热器并不能获得有效的热量用于加热其中的液体工质。