太阳能热利用课程设计

新能源科学与工程学院

太阳能热利用原理与计算机模拟课程设计

学院：新能源科学与工程学院

专业班级：太阳能光热技术及应用

学生姓名：***

学号： **********

指导教师：***

实施时间：2013.11.18—2013.11.22

姓名章杜彬课程设计成绩评语：

指导教师（签名）

摘要

太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1,369w/㎡。地球赤道的周长为40,000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102,000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，每秒照射到地球的能量则为499,400,00,000焦。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

关键词：太阳能集热器系统设计太阳能集热器面积设备的选型

目录

第一章项目概况 (5)

1.1 建筑概况 (5)

1.2 气象参数 (5)

第二章太阳能集热器系统设计 (6)

2.1 集热器倾角设计 (6)

2.2 太阳能集热器面积设计 (6)

第三章设备选型 (9)

3.1 太阳能集热器 (9)

3.2 贮热水箱 (9)

3.3 辅助热源 (10)

3.4 控制器 (10)

第四章太阳能热水系统的总预算 (11)

4.1太阳能热水系统的年节能量 (11)

4.2寿命期内太阳能热器系统的总节省费用 (11)

4.3 回收年限 (12)

第五章太阳能热水系统的计算机模拟 (13)

5.1热水系统设计及部件装配 (13)

5.2部件参数 (13)

第六章模拟计算报告 (18)

参考文献 (20)

第一章项目概况

1.1 建筑概况

该建筑为北京某大学学生宿舍，纬度：北纬39°48′，经度：东经117°；该宿舍楼满员200人。供热水时间为早上6点到晚上10点，用水温度45℃，每人每天用水量40L。

1.2 气象参数

北京

年太阳辐照量：水平面5570.48MJ/㎡,40°倾角表面6281.99MJ/㎡

年平均日太阳辐照量：水平面15.25MJ/㎡,40°倾角表面17.21MJ/㎡年日照时数：2755.5h

年平均温度：11.5℃

沙尘暴从1951年至2000年间，年均28天，最高年份是1952年，达87天，最少年份为2天，发生季节以12月至翌年4月占62%，春季特别是4月份最多，8、9月份最少，仅占15%。年均情况为，大风22天，扬沙20天，浮尘6天，沙尘暴2.4天。沙尘暴最多年份1966年达20天，50、60年代年均5天，70年代年均不到1天；2000年以来每年都有多次发生沙尘暴。

第二章太阳能集热器系统设计

2.1 集热器倾角设计

利用Meteo Norm v4.0软件计算得出：北京正南方向30°～40°的补偿面积最大，故集热器倾角取40°。

2.2 太阳能集热器面积设计

1、热水系统负荷计算

（1）用水人数

总用水人数200人

（2）系统日热水量计算

①系统设计日用热水量

q r

m

q

rd=

式中rd q——设计日用水量，L/d;

q——最高日热水用水定额，100L/（人·d）；

r

m——用水计算单位数(人数或床位位数），200人。

则=

q20000L/d

rd

②系统平均日用热水量

Q ar

m

q

w=

式中w Q——平均日用热水量，L/d；

q——日平均用水定额，40L/d；

ar

m——用水计算单位数，200人。

则 w Q =8000L/d

（2）集热器采光面积的确定

)1()(L cd T L end r w J f t t c Q Ac ηηρ--=

式中 c A ——直接系统集热器采光面积，㎡；

w Q ——平均日用水量，8000L/d;

c ——水的比热容，4.187kJ/(㎏·℃）；

r ρ——热水密度，近似取1㎏/L ；

end t ——贮水箱内水的终止温度，45℃；

L t ——冷水温度，15℃；

T J ——年平均集热器倾角表面上年平均日辐照量，17217kJ/㎡；

f ——太阳能保证率；

L η——管道及贮水箱的热损失率；

cd η——太阳能集热器的全日集热效率。

①确定太阳能保证率f 北京属于太阳能资源一般区，系统偏重于在春、夏、秋三季使用，表1（不同地区太阳能保证率的选值范围4），取太阳能保证率f =0.5。

②确定管路及贮水箱热损失率L η 由于系统保温的热水管路和贮热水箱等部件都在室内，环境温度较高，取0.25。

③集热器全日集热效率cd η

归一化温差