摘 要

十九世纪和二十世纪，人类文明在大力开发化石能源的基础上获得了突飞猛进的发展。然而在这飞速发展的背后却隐藏着巨大的危机，随着化石能源的使用，这个危机渐渐凸显了出来。生态环境的日益恶化，化石能源的即将枯竭成了人们不得不去面对的问题。而如何开发利用可再生清洁能源成了解决这一危机的关键点。太阳能是目前地球上最丰富利用范围最广的可再生清洁能源，而且目前太阳能已经在全世界范围内被大量利用。但这并不代表太阳能已被充分利用，在太阳能利用方面还存在着许多可被利用的地方未被充分开发。

本文将就游泳池加热领域如何简洁高效的利用太阳能进行分析。为了简洁分析计算，本文以武汉市一个特定游泳池为例分析聚光型太阳能集热器应用于游泳池加热的设计。文章中首先介绍了游泳池的加热途径和武汉市的太阳辐射强度。随后根据热平衡分析计算出了游泳池的散热量，并重点介绍了CPC聚光型太阳能集热器的结构原理以及集热效率的计算。最后对聚光型太阳能集热器应用于游泳池加热的设计通过特定游泳池的实例进行可行性和经济性分析。

最终通过可行性与经济性分析，将聚光型太阳能集热器应用于游泳池加热是可行的，且具有良好的经济效益和环保效益。

关键词：太阳能；太阳辐射；CPC；游泳池；热平衡；可行性；经济性

Abstract

In the nineteenth and twentieth centuries, human civilization gained a rapid development on the basis of vigorously developing fossil fuels. However, in this rapid development behind the hidden great crisis, with the use of fossil fuels, the crisis gradually highlighted. The deteriorating ecological environment, fossil energy is about to become exhausted people have to face the problem. And how to develop and utilize renewable clean energy has become a key point to solve this crisis. Solar is currently the most extensive use of the world's most extensive renewable energy, and the current solar energy has been widely used around the world. But this does not mean that solar energy has been fully utilized, there are still many places in the use of solar energy can be used not fully developed.

This article will be on the swimming pool heating area how simple and efficient use of solar energy for analysis. In order to analyze the calculation, this paper takes a specific swimming pool in Wuhan as an example to analyze the design of concentrating solar collectors used in swimming pool heating. The article first introduced the heating method of the swimming pool and the solar radiation intensity of Wuhan City. Then, the heat dissipation of the swimming pool was calculated according to the heat balance analysis, and the structure principle and the collection efficiency of the CPC condenser solar collector were introduced. Finally, the use of concentrating solar collectors for swimming pool heating is designed through a specific swimming pool for feasibility and economic analysis.

Finally, through the feasibility and economic analysis, the use of concentrating solar collectors for swimming pool heating is feasible, and has good economic and environmental benefits.
Key words: solar energy；solar radiation；CPC；swimming pool；heat balance；feasibility； economy

目 录

第1章 绪论 1

1.1 本课题的研究背景及意义 1

1.2 太阳能与能源的发展现状 1

1.3 游泳池的加热方式 2

第2章 太阳辐射计算 5

2.1 武汉地区太阳辐照量及日照时间 5

2.2 武汉地区太阳辐射强度计算 6

第3章 游泳池的热性能分析 9

3.1 游泳池的基本情况 9

3.2 游泳池的热量计算 9

3.2.1 游泳池表面蒸发损失的热量 10

3.2.2 池底池壁及管道设备等传导热损失的热量 10

3.2.3 游泳池补充新鲜水加热所需的热量 10

3.2.4 游泳池总散热量 11

第4章 CPC聚光型太阳能集热器的性能分析 12

4.1 CPC聚光型太阳能集热器基本结构及工作原理 12

4.1.1 CPC聚光型太阳能集热器基本结构 12

4.1.2 CPC聚光型太阳能集热器工作原理 14

4.1.3 CPC聚光型太阳能集热器的数学分析 16

4.2 CPC聚光型太阳能集热器的集热效率与热性能分析 18

4.2.1 CPC聚光型太阳能集热器的光学效率 18

4.2.2 CPC聚光型太阳能集热器的集热效率 18

第5章 CPC聚光型太阳能集热器应用于游泳池加热的可行性与经济性分析 20

5.1 CPC聚光型太阳能集热器应用于游泳池加热的可行性分析 20

5.2 CPC聚光型太阳能集热器应用于游泳池加热的经济性分析 21

第6章 结论 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景及意义

随着城市的快节奏发展，人们的生活也逐渐加快了节奏，在工作日人们一直忙忙碌碌的穿梭在公司和家庭之间。如此快节奏的生活使人们感到身心疲惫并使人的身体素质因缺乏锻炼而逐渐下滑。因此人们在闲暇之余越来越追求一些舒缓身心的娱乐运动，有些人更是希望在舒缓身心的同时达到一定的锻炼身体的效果。而游泳作为一项兼备娱乐与健身的运动自然受到了广大市民的喜欢，这促使了城市中游泳池的数量快速增长。游泳池的设计开始受到人们的关注，如何建造一个即舒适又环保的游泳池成了一门课题。

众所周知，游泳对场地和环境有着较高的要求，就场地而言它必须有专门的水池、换衣间和专门的冲洗房间，考虑到安全问题还要有合格的水质和适当的水深。而且在不同的季节为了保证给游泳者一个舒适的游泳环境，还需要保证游泳池的水温。这就意味着我们需要在天气较凉的时候给游泳池进行加热。

目前游泳池加热的方法主要有电加热、锅炉加热和太阳能加热三种形式。然而在能源逐渐枯竭和环境污染日益严重的今天，如何高效简洁的利用清洁能源才是我们所要研究的方向。尽管使用太阳能给游泳池加热已提出了很久，但目前使用太阳能给游泳池加热的游泳池仍然只占据小部分。不少人仍然在怀疑太阳能加热的稳定性，他们认为太阳能加热在阴雨天时是不能满足使用要求的，这就需要加装辅助锅炉。那么相较于只装锅炉加热的游泳池装太阳能加热所节省的钱是否能高于安装太阳能加热所用的钱。即安装太阳能加热的经济性如何。为了给出更加详细的太阳能加热游泳池方案的可行性与经济性指导以使太阳能加热游泳池的方式更加普及便是本课题所要研究的意义所在。

1.2 太阳能与能源的发展现状

人类利用能源有着长远的历史，在人类未学会使用火之前，人类就已经懂得了在选择住址时选择一些向阳的地方以方便取暖，这便是对太阳能的一种利用。在人类掌握火之后，人类对能源的利用便进了一大步开始使用植物中储备的太阳能。也正是这一进步使人类文明开始飞速发展。十九世纪，人们开始大量使用煤炭使能源利用又进了一大步。煤炭的使用普及了蒸汽机促进了第一次工业革命的爆发，人类文明从此开始向全球化发展。二十世纪，人们开始大量开发使用石油，内燃机逐渐普及，人类文明进入了现代化时代。然而情况并非一直乐观，在人类飞速发展进步的同时，环境污染和不可再生能源即将枯竭的问题凸显了出来。大量的煤炭和石油的使用产生了大量的有害气体如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳等和大量的细微颗粒。同时煤炭和石油的大量使用使空气中的二氧化碳含量急剧上升，大量的二氧化碳遍布在空气中就像给地球盖上了棉被促使全球变暖，原有的气候和生态环境遭遇前所未有的冲击。