云南南向平板太阳能热水系统水箱水量与集热面积配比特性研究

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015云南南向平板太阳能热水系统水箱水量与集热面积配比特性研究1，321，31，31，3魏生贤，胡粉娥，时有明，李哲，李会（1.曲靖师范学院物理与电子工程学院，云南曲靖655011；2.曲靖师范学院化学化工学院，云南曲靖655011；3.曲靖师范学院云南省高校先进功能材料及低维材料重点实验室，云南曲靖655011）摘要：文章基于平板型集热器日均能量输出模型，建立了太阳能热水系统水箱水量与集热器面积的配比模型。以云南7城市的典型气象数据为

2、例，利用所建模型对太阳能热水系统的水量配比进行了计算，给出了水箱终温为60℃时各城市各季节或全年使用太阳能热水系统的水量配比的取值范围。为便于工程应用，文中给出了水量配比与倾角间相关系数大于0.999的二次关系式。进一步讨论发现，云南7城市春季、夏季、秋季、冬季或全年使用的太阳能热水系统集热器的最佳倾角分别为10~15°，0~0°，32~38°，45~50°，24~30°；其对应的水量配比分别为50~60kg/m2，44~51kg/m2，43~56kg/m2，44~58kg/m2，46~52kg/m2。针对不同的供热目的，可利用文中的关系式和各季节或

3、全年的最佳倾角对太阳能热水系统进行优化设计。关键词：太阳能热水系统；水量配比；平板型集热器；最佳倾角中图分类号：TK519文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-0982-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.07.0040引言阳能集热器有用能量输出模型建立了平板型太阳水箱中水量与集热器面积的匹配是太阳能热能热水系统的水量配比模型。前期研究已验证此[7]水系统能否正常运行的关键问题之一。若水箱过模型的计算值与实验值的相对误差在10％以内。大，则水箱终温过低、无法满足用户用水温度需求本文在分析过

4、程中，以云南省7城市的气象参数且造成水箱材料的浪费；若水箱过小，则水箱终温为例，利用所建模型对集热器南向放置的太阳能过高、热损较大，系统能效较低。为保证太阳能热热水系统的水量配比进行了计算分析。为便于工水系统的高效运行和用户对水箱终温的需求，世程应用，文中给出了春季、夏季、秋季、冬季和全年界各国针对不同气候给出对水箱水量与集热面积使用太阳能热水系统的水量配比与集热器安装倾[1]配比（MassAreaRatio，MAR）的推荐值：美国与角的数学关系式，并进一步给出了各季节或全年[2]2[3]2[4]希腊75kg/m、马来西亚50~70kg/m、中国≤使

5、用太阳能热水系统时集热器的最佳倾角和对应2100kg/m。有关学者对平板型太阳能热水系统的的水量配比。MAR进行了更为深入的研究。在综合考虑热水系1模型建立统初投资、热效率和系统总收益的基础上，文献1.1南向平板型集热器能量输出模型[5]给出了适用于我国不同地区、不同价格水箱条单位倾斜面上时均接收的太阳总辐射I[8]β件下MAR合理取值的计算公式。日均热效率≥11Iβ=KbIbcosθ+KdId（2+cosβ）+ρgKgIh（1-cosβ）0.45且水箱终温≥45℃时，昆明气候条件下平板32集热器水量配比MAR在60~100kg/m2较为合（1）适[

6、6]。式中：β为集热器倾角；θ为倾斜面上太阳直射入但是，上述研究给出的水量配比范围较大，工射角；ρg为地面反射率；Ib，Id和Ih分别为时均太阳程上难以有效确定太阳能热水系统在不同气候条直射、地面散射辐射和总辐射。Ib，Id和Ih可由水平[7]件下的水量配比。为解决此问题，本文依据平板太面上月平均日总太阳辐射折算得出。收稿日期：2015-01-08。基金项目：NSFC-云南联合基金重点项目（U1137605）；云南省科技厅面上项目（2013FZ111）；曲靖师范学院科技创新团队项目（TD201301）；曲靖师范学院校级优质课程《热学》建设项目（YZK

7、C201408）。作者简介：魏生贤（1979－），男，教授，博士，从事太阳能热利用的研究工作。E-mail：wsx_8600@163.com·982·魏生贤，等云南南向平板太阳能热水系统水箱水量与集热面积配比特性研究倾斜面上直射、散射和地面反射入射角的修为风速。[9]正因子Kb，Kd和Kg由下式确定。为减小误差，本文取Tw1和Tw2的平均值作为Kb=1+b0（1/cosθ-1）自来水水温TwKd=1+b0（1/cosθd-1）（2）Tw1+Tw2T=（12）w2K=1+b（1/cosθ-1）g0g2水量配比的计算与讨论其中：2基

8、于云南7个城市蒙自、临沧、腾冲、昆明、楚θd=59.68-0.1388β+0.001497ββ2（3）雄、丽