[发明专利]一种蓄热水箱及量化计算分层水箱辅助加热源功率的方法

权利要求书

1.一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将水箱从上至下分若干段，模拟水箱内部温度变化；

S2：给每段水箱列出能量守恒的微分方程；

S3：令水箱从上往下依次为T1、T2、T3…Tn，其中，T1、Tn的节点模型相同，T2—Tn-1的节点模型相同；

在第二类边界条件下，T1、Tn的节点模型如下式：

在第二类边界条件下，T2—Tn-1的节点模型如下式：

在第三类边界条件下，T1、Tn的节点模型如下式：

在第三类边界条件下，T2—Tn-1的节点模型如下式：

式中，λ--传热系数，

△x--垂直方向单位距离，

△y--水平方向单位，

A--上下底面面积，

S--水箱侧面积的每层面积，

qw--边界上的热流密度值，

h--边界上物体与周围流体间的表面传热系数，

Tf--周围流体的温度；

S4：计算分层水箱、不分层水箱的辅助加热源功率；设太阳辐照量为0，水箱内最低温度为水箱进口处的水温，设此处水温为15℃，辅助加热源总功率如下式：

式中：P_总--电加热功率，单位w，

c_水--水箱内水的定压比热容，取4.19kJ/(kg·℃)，

m_水--水箱内水的总质量(每天用水量)，单位kg，

Δt--水所需要升高的温度，单位℃，

η--电辅助加热的效率，取为90％^[4]，

T--电辅助加热时间，单位h，

3600--每度电的热值，单位J，

每一段水箱的加热到预计温度所需要的功率P_i的计算公式如下：

式中：P_i--i层电加热功率，单位w

c_i水--水箱i层内水的定压比热容，取4.19kJ/(kg·℃)

m_i水--水箱i层内水的总质量(每天用水量)，单位kg

Δt_i--i层水与i-1层水之间的温差，单位℃

η--电辅助加热的效率，取为90％

T--电辅助加热时间，单位h

3600--每度电的热值，单位J

μ_i--i层水得散热损失率/％。

S5：根据S4中计算所得每一层的电加热功率，与理论实际总功率比较，判断分层水箱与不分层水箱的加热效率孰高。

2.根据权利要求1所述的一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，辅助加热源实际功率为辅助加热源总功率与散热系数之积，散热系数用于表示高温热水对水箱内壁的导热程度，取值1.245。

3.根据权利要求2所述的一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，集热器吸收到的总热量为太阳辐射日总量、集热器面积、平板集热器效率之积。

4.根据权利要求1所述的一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，采用集中参数法分析水箱。

5.根据权利要求1所述的一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，水箱内同一平面上的水温度相同，只在垂直z轴方向上出现分层，即水温满足时间与z方向的二维函数：

T＝T(z,τ) 。

6.根据权利要求1所述的一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值q_w，第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度T_f。

7.根据权利要求1所述的一种量化计算分层蓄热水箱辅助加热源功率的方法，其特征在于，辅助加热源是为了在太阳能产热量不足时的加热设备。