CN105910163B - 一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法，所述太阳能供暖集热系统包括太阳能集热器和集热循环水泵。本发明通过各传感器采集室外的相应参数，并计算当时环境条件下的归一化温差，使其与集热器的效率为0时的临界归一化温差进行比较，从而判断集热器循环水泵的开闭，从而实现根据室外实时气象参数，控制太阳能集热系统的运行状态，以保证集热器的开启时段获得有效的太阳能热量，有效避免集热器反向散热，极大地提高了太阳能供暖系统的节能潜力。

Description

一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法

技术领域

本发明属于太阳能利用设备技术领域，特别涉及一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法。

背景技术

太阳能是是21世纪以后人类可期待的最有希望的能源。我国地域辽阔，年日照时间大于2000小时的地区约占全国面积的2/3，处于利用太阳能较有利的区域内。

但是太阳能是稀薄的能源，它的地球表面的能源密度较低。并且太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化，同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响，故太阳辐射热量具有很大不稳定性。实际应用中，由于太阳能光热采暖系统集热的有效性不仅受辐照强度的影响，还与室外环境空气干球温度有关，较低的室外空气温度与较弱的太阳辐射强度时段，集热器表面对流换热造成的散热损失大于集热器表面与太阳的辐射得热量，所以在温度与太阳辐射强度较低的日出和日落时段，虽然集热器表面可以接收到太阳辐照能，但并不能加热集热器中的热水，若此时开启太阳能集热系统则将造成集热器反向散热，即集热量为负值，严重影响系统的节能性。为此，需根据室外实时气象参数，控制太阳能集热系统的运行状态，以保证集热器的开启时段获得有效的太阳能热量。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提出了一种可以保证太阳能集热系统开启时段获得有效集热量，而不形成反向散热，极大提高太阳能供暖系统的节能潜力的基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法，所述太阳能供暖集热系统包括太阳能集热器和集热循环水泵，其特征在于：所述优化运行方法包括以下步骤：

a)、在室外安装室外干球温度传感器、太阳直射辐射强度传感器以及太阳散射辐射强度传感器，在所述太阳能集热器的进口工质处安装集热器进口工质温度传感器，所述室外干球温度传感器、太阳直射辐射强度传感器、太阳散射辐射强度传感器以及集热器进口工质温度传感器分别与中央运算器连接，所述中央运算器与执行器连接；

b)、通过室外干球温度传感器采集室外空气干球温度，通过太阳直射辐射强度传感器采集室外太阳直射辐射强度，通过太阳散射辐射强度传感器采集室外太阳散射辐射强度，通过集热器进口工质温度传感器采集太阳能集热器进口的工质温度，并根据太阳直射辐射强度与太阳散射辐射强度，计算集热面太阳辐照强度，然后再根据集热面太阳辐照强度、室外空气干球温度、集热器进口工质温度，计算归一化温差；

其中，所述归一化温差的计算公式为：

T^*＝(T_i-T_a)/I_T(S,γ_f)

式中：T^*为归一化温差，(m²·K)/W；T_i为集热器进口工质温度，℃；T_a为周围环境空气温度，℃；I_T(S,γ_f)为集热器单位面积上接收的太阳辐射，W/m²；

c)、利用计算的归一化温差与临界归一化温差进行对比，当计算的归一化温差小于临界归一化温差时，开启集热器循环水泵，集热系统正常工作；当计算的归一化温差大于临界归一化温差时，关闭集热器循环水泵，集热系统停止工作；

其中，所述临界归一化温差为集热器的效率η为0时，所对应的归一化温差为临界归一化温差，在临界归一化温差条件下，吸收的太阳能等于热损失，集热器的效率方程为：

η＝η₀-U·T^*

式中，η为集热器的集热效率，％；η₀为T^*＝0时集热器的集热效率，％；U为以T^*为参考的集热器总热损失，W/(m²·K)。

本发明通过各传感器采集室外的相应参数，并计算当时环境条件下的归一化温差，使其与集热器的效率为0时的临界归一化温差进行比较，从而判断集热器循环水泵的开闭，从而实现根据室外实时气象参数，控制太阳能集热系统的运行状态，以保证集热器的开启时段获得有效的太阳能热量，有效避免集热器反向散热，极大地提高了太阳能供暖系统的节能潜力。

附图说明

图1是本发明中太阳能供暖集热系统的结构示意图。

图2是本发明的工作原理示意图。

图3是本发明中临界归一化温差的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1和2所示，一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法，所述太阳能供暖集热系统包括太阳能集热器和集热循环水泵，所述优化运行方法包括以下步骤：

a)、在室外安装室外干球温度传感器、太阳直射辐射强度传感器以及太阳散射辐射强度传感器，在所述太阳能集热器的进口工质处安装集热器进口工质温度传感器，所述室外干球温度传感器、太阳直射辐射强度传感器、太阳散射辐射强度传感器以及集热器进口工质温度传感器分别与中央运算器连接，所述中央运算器与执行器连接；

b)、通过室外干球温度传感器采集室外空气干球温度，通过太阳直射辐射强度传感器采集室外太阳直射辐射强度，通过太阳散射辐射强度传感器采集室外太阳散射辐射强度，通过集热器进口工质温度传感器采集太阳能集热器进口的工质温度，并根据太阳直射辐射强度与太阳散射辐射强度，计算集热面太阳辐照强度，然后再根据集热面太阳辐照强度、室外空气干球温度、集热器进口工质温度，计算归一化温差；

其中，所述归一化温差的计算公式为：

T^*＝(T_i-T_a)/I_T(S,γ_f)

式中：T^*为归一化温差，(m²·K)/W；T_i为集热器进口工质温度，℃；T_a为周围环境空气温度，℃；I_T(S,γ_f)为集热器单位面积上接收的太阳辐射，W/m²；

c)、利用计算的归一化温差与临界归一化温差进行对比，当计算的归一化温差小于临界归一化温差时，开启集热器循环水泵，集热系统正常工作；当计算的归一化温差大于临界归一化温差时，关闭集热器循环水泵，集热系统停止工作；

其中，所述临界归一化温差为集热器的效率η为0时，所对应的归一化温差为临界归一化温差，在临界归一化温差条件下，吸收的太阳能等于热损失，集热器的效率方程为：

η＝η₀-U·T^*

式中，η为集热器的集热效率，％；η₀为T^*＝0时集热器的集热效率，％；U为以T^*为参考的集热器总热损失，W/(m²·K)。即临界归一化温差为所选定的集热器效率曲线在横坐标轴上的截距，如图3所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于有效集热量的太阳能供暖集热系统优化运行方法，所述太阳能供暖集热系统包括太阳能集热器和集热循环水泵，其特征在于：所述优化运行方法包括以下步骤：

a)、在室外安装室外干球温度传感器、太阳直射辐射强度传感器以及太阳散射辐射强度传感器，在所述太阳能集热器的进口工质处安装集热器进口工质温度传感器，所述室外干球温度传感器、太阳直射辐射强度传感器、太阳散射辐射强度传感器以及集热器进口工质温度传感器分别与中央运算器连接，所述中央运算器与执行器连接；

b)、通过室外干球温度传感器采集室外空气干球温度，通过太阳直射辐射强度传感器采集室外太阳直射辐射强度，通过太阳散射辐射强度传感器采集室外太阳散射辐射强度，通过集热器进口工质温度传感器采集太阳能集热器进口的工质温度，并根据太阳直射辐射强度与太阳散射辐射强度，计算集热面太阳辐照强度，然后再根据集热面太阳辐照强度、室外空气干球温度、集热器进口工质温度，计算归一化温差；

其中，所述归一化温差的计算公式为：

T^*＝(T_i-T_a)/I_T(S,γ_f)

式中：T^*为归一化温差，(m²·K)/W；T_i为集热器进口工质温度，℃；T_a为周围环境空气温度，℃；I_T(S,γ_f)为集热器单位面积上接收的太阳辐射，W/m²；

c)、利用计算的归一化温差与临界归一化温差进行对比，当计算的归一化温差小于临界归一化温差时，开启集热器循环水泵，集热系统正常工作；当计算的归一化温差大于临界归一化温差时，关闭集热器循环水泵，集热系统停止工作；

其中，所述临界归一化温差为集热器的效率η为0时，所对应的归一化温差为临界归一化温差，在临界归一化温差条件下，吸收的太阳能等于热损失，集热器的效率方程为：

η＝η₀-U·T^*

式中，η为集热器的集热效率，％；η₀为T^*＝0时集热器的集热效率，％；U为以T^*为参考的集热器总热损失，W/(m²·K)。