论文总字数：22818字

摘 要

随着经济的快速发展，化石燃料的消耗量日益增大，但其储量是有限的。在石油危机过后，各国开始研究太阳能和和风能等新能源。因此，太阳能成为重点研发对象。目前，市场中所使用的光热太阳能集热器多为平板型集热器，对于槽式太阳能集热器的供热系统和实际运行效果研究较少。

本文选用南京工业大学浦江6000人宿舍区建筑用能为研究对象，用槽式太阳能集热器构建太阳能集热系统，并选用空气源热泵机组和生物质锅炉为辅助能源。根据公式计算出系统所需要的参数，并选择相关设备。设计合理的运行模式，当水温低于设定出水温度时，启动空气源热泵机组和生物质锅炉。利用TRNSYS仿真软件模拟研究系统运行一年中能耗变化，并测出热泵机组的能效比为3.78。因集热器季节变化，太阳能集热器效率也不同，分别为47%、40%、49%和34%。此系统模拟后表明可以满足宿舍日常所需热水供应。

关键词: 槽式太阳能集热器 多能互补系统 瞬时模拟

ABSTRACT

With the rapid development of economy, the consumption of fossil fuels is increasing yearly, but its reserves are limited. After the oil crisis, countries began to research new energy such as solar and wind. Therefore, solar energy has been focused on. At present, the solar thermal collectors used in the market are mostly flat plate collectors, and there are few studies on the heating system and actual operation effect of trough solar collectors.

In this thesis, the research object of building energy in the 6,000 people dormitory area of pujiang, nanjing university of technology was selected. The solar energy collecting system was constructed with trough solar collector, and the air source heat pump unit and biomass boiler were used as auxiliary energy. According to the formula, the parameters needed by the system are calculated, and the relevant equipment is selected. Design reasonable operation mode, when the water temperature is lower than the set water outlet temperature, start the air source heat pump unit and biomass boiler. The TRNSYS simulation software was used to simulate the energy consumption changes of the system during a year's operation, and the energy efficiency ratio of the heat pump unit was measured to be 3.78. Due to the seasonal variation of collector, the efficiency of solar collector is different, which is 47%, 40%, 49% and 34% respectively. The simulation results show that the system can meet the daily needs of hot water supply in the dormitory.

Key Words: Trough solar collector; Multiple complementary systems; Transient simulation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国外研究现状 3

1.2.2 国内研究现状 4

1.3 课题研究内容 6

第二章 微小型太阳能集热器的多能互补系统设计 7

2.1 太阳能集热系统设计 7

2.1.1 微小型槽式太阳能集热器的简介 7

2.1.2 太阳能集热器的传热模型 7

2.1.3 太阳能集热器的倾角效应 8

2.1.4 太阳能集热器的总面积 9

2.1.5 太阳能集热系统流量 10

2.1.6 蓄热水箱的设计 10

2.2 空气源热泵的选取 11

2.2.1 空气源热泵的简介 11

2.3 生物质锅炉的选取 12

2.3.1 生物质锅炉简介 12

2.4 系统运行模式和控制策略 13

2.4.1 槽式太阳能集热器运行 13

2.4.2 空气源热泵辅助运行 14

2.4.3 生物质锅炉辅助运行 14

2.5 系统设备选型及参数 15

2.6 本章小结 16

第三章 多能互补系统TRNSYS模型的建立 17

3.1 仿真模型部件及设置 17

3.1.1 设备模块 17

3.1.2 文件读取模块 18

3.1.3 控制模块 19

3.1.4 输出模块 22

3.2 系统TRNSYS模型 22

3.3 本章小结 23

第四章 互补系统TRNSYS模拟分析结果 25

4.1 系统运行结果分析 25

4.1.1 系统的总能耗 25

4.1.2 机组的COP 25

4.1.3 出水点温度 26

4.1.4 集热器接受辐射量 26

4.2 太阳能集热器集热效率 28

4.3 能耗评价 28

4.4 经济性分析 29

4.5 本章小结 30

第五章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

截至2010底，全球煤炭探明储量为8609亿吨，石油为1888亿吨，天然气为187.1万亿立方米^[1]。由此可见，只依靠传统能源是无法满足未来经济发展需求，需要寻找和研发可再生能源。此外，化石燃料的大量开发与利用是生态破环和全球变暖的重要原因，从经济社会可持续发展和保护生态环境的角度来审视，需要开发和利用新能源如太阳能和风能等替代传统化石能源。

2016年9月，国家发布了第一批太阳能热发电示范项目20个^[2]。但从项目中发现我国大型太阳能光热项目集中在西北部地区，是因为这些地区太阳辐射量大，辐射时间长。而东部沿海地区属于太阳较丰富带。同时这些地区人口稠密，土地价格昂贵，不适合建设大型太阳能热发电电站，但是我国经济发达地区基本分布在东部沿海地区，工业用能和建筑用能需求量大，因此小型太阳能集热器的研发就能有效缓解用能问题。

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