[发明专利]一种平板型太阳能集热器阵列串并联排布设计方法

说明书

本发明公开了一种平板型太阳能集热器阵列串并联排布设计方法，首先根据集热器运行时间段内的逐时环境参数计算单个集热器的集热效率和集热量，其次，以单个集热器的热性能计算结果为依据计算得到不同串联、并联方式下集热器阵列的集热性能，并综合不同阵列的集热量、集热效率、阻力的影响与经济性效果，进行集热器排布设计优化,确定最优排布方案。本发明方法可根据太阳辐照度、室外空气温度、集热介质进口温度、集热介质循环流量，计算串联集热器组的集热量和集热效率。根据逐时气象参数计算得到不同串联数目的集热器阵列的动态热性能，分别以费用年值和系统耗电量为目标函数，对平板型太阳能集热阵列的排列布置方式进行优化设计。

技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术领域，具体是应用于建筑供暖的平板型太阳能集热器阵列串并联排布的设计方法。

背景技术

太阳能作为一种清洁的、可再生可持续发展的能源，具有极高的利用价值。太阳能供暖系统在我国的发展越来越成熟。平板太阳能集热器由于结构简单，造价便宜，是我国集热器市场的主导产品，广泛地应用于太阳能供暖系统。

我国一些西部偏远地区有着旺盛的供热需求，却由于经济发展水平的局限难以设置传统的大规模集中供热系统，但该类地区太阳能资源丰富，适宜建立大型太阳能集中供暖系统以满足热用户的需求。大规模太阳能集热器的集热效果和系统经济性与集热器阵列的排列布置方式有较大关系，因此若能解决大型太阳能集热器阵列的排布问题，将有利于改善西部地区居民的生产、生活环境及促进太阳能集中供暖系统的发展。

现有的集热器阵列计算和排布方法有两点不足，一是基于静态分析，仅关注流量分布是否均匀以及集热器的热性能，未考虑集热阵列在整个供暖季的集热量及集热效率随辐照、环境温度等气象条件的变化的影响；二是集热器阵列排列布置过程中仅考虑集热量的影响，忽视了实际工程中由于不同排列布置方式所带来的经济效益的影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种平板型太阳能集热器阵列串并联排布设计方法，克服现有技术中集热器排布集热效果和系统经济性不高的问题。

本发明的技术方案是：一种平板型太阳能集热器阵列串并联排布的设计方法，包括以下步骤：

(1)基于传热学和控制容积平衡法，建立单个平板太阳能集热器的传热数学模型，利用Matlab软件对传热模型进行求解，输入集热介质进口温度、流量，可算出集热介质出口温度和集热效率；

(2)调用单个平板太阳能集热器传热数学模型，输入环境参数、集热介质进口参数以及集热器串联个数计算得到不同串联数目的平板型太阳能集热器在逐时气象参数下的集热量；

(3)在满足热用户的热需求的条件下，确定不同串联数目的集热器组所需的并联数目；

(4)以集热器阵列的费用年值为目标函数对集热器阵列布置进行优化设计，以费用年值最低的平板型太阳能集热器阵列排列布置方案作为优化方案。

本发明的有益效果为：

(1)该方法可在输入室外气象逐时参数的条件下，计算得到单个集热器随室外环境参数变化时的逐时集热量和集热效率；

(2)该方法可计算得到集热器阵列不同串联、并联数目下的逐时集热量和集热效率，可根据应用场所面积及用户需求确定最大集热效果的集热器阵列布置方式；

(3)该方法综合考虑了大型平板集热器阵列集热效果和费用年值，在保证用户的热需求和经济性的条件下，得到平板型太阳能集热器阵列的最优排列布置方式。

本发明方法可根据太阳辐照度、室外空气温度、集热介质进口温度、集热介质循环流量，计算串联集热器组的集热量和集热效率。根据逐时气象参数计算得到不同串联数目的集热器阵列的动态热性能，分别以费用年值和系统耗电量为目标函数，对平板型太阳能集热阵列的排列布置方式进行优化设计。