分布式太阳能集中供暖用户热盈亏及集群供暖特性研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aptxkid2009
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太阳能作为一种清洁、可再生的供暖热源,一直以来受到国内外学者的广泛关注。目前,单体建筑太阳能供暖技术已趋于成熟,但由于太阳能具有波动性和能流密度低的特征,集热-负荷比较小的建筑存在太阳能保证率低等问题。太阳能集中供暖热稳定性高、经济性好,但对于一些无多余安装场地的城镇而言适用性不高。分布式太阳能集中供暖系统通过分散的众多单体建筑屋顶分别收集太阳能,再汇集到集中管网系统中,在节省大量专用收集场地的同时,可收集总量可观的太阳能。在分布式太阳能集中供暖系统中,每一个单体建筑用户不仅是“热”的消费者,而且可以是“热”的生产者,每个用户都具有热盈亏的特点。这导致分布式太阳能集中供暖用户不再向传统采暖用户一样只从集中管网系统中取热,同时出现用户向集中管网放热的现象,现有单体或集中太阳能供暖分析方法不再适用于分布式太阳能集中供暖系统。因此,为了建立分布式太阳能集中供暖系统设计及优化方法,需要对单个分布式太阳能集中供暖用户的热盈亏特性以及多个用户接入热网的集群供暖特性进行研究。本研究通过理论分析,建立了分布式太阳能集中供暖系统热力分析模型,并提出了单用户平均热盈亏及盈亏比等评价指标;通过采用数值模拟方法分析了屋顶利用率、建筑节能率以及围护结构热惰性对无自蓄热条件下用户热盈亏的影响;针对分布式太阳能集中供暖用户系统提出了最大蓄热量计算方法,并基于用户系统仿真模型,分析了蓄热量变化对不同类型用户热盈亏的影响;最后,针对用户集群供暖特性提出了集群效应系数等评价指标,通过数值模拟分析获得了用户种类及用户分布比例对系统热性能的影响规律。通过以上研究得到以下主要结论:1)基于用户处集热、用热以及自身蓄热的动态平衡关系,提出了分布式太阳能集中供暖用户热盈亏计算式。通过分析围护结构热工性能以及用户系统设计条件对用户热盈亏特性的影响,得知在室外气象条件一定的情况下,屋顶利用率以及建筑保温程度是影响用户盈亏特征的主要因素。2)用户自蓄热对其热盈亏特性的影响主要体现在随着蓄热量的增加,分布式太阳能集中供暖用户与集中管网的换热时长逐渐缩短,且用户向集中管网取热、放热均出现延迟现象。理想状态下当用户处蓄热量达到最大值时,亏损用户对集中管网系统而言仅为间歇取暖的热用户;自满足用户为独立热用户,可不与集中管网进行连接;盈余用户则为不稳定的热源。3)当供暖区域中同时存在盈余类和亏损类用户时,用户集群供暖能够有效提升区域整体的太阳能供暖率以及集热设备利用率。当以盈余和亏损类用户比例作为主要调整参数时,分布式太阳能集中供暖系统热性能变化最快。因此,设计人员可以调节盈余、亏损类用户为主,调整自满足用户比例为辅,快速实现分布式太阳能集中供暖系统热性能最优。通过上述研究,得到了单个分布式太阳能集中供暖用户的热盈亏特性,并在此基础上,给出了不同用户组合方式下的用户集群供暖特性,为分布式太阳能集中供暖系统的集成设计及系统优化提供参考。
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