平板太阳能空气集热器结构优化及应用研究

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平板太阳能集热器是低温热利用的基本部件,具有结构简单、无需防冻、吸热面积大等优点而广泛应用。本文对平板太阳能空气集热器结构进行优化,有效地提高其利用率与集热性能。同时将太阳能空气集热器作为辅助热源对房间内部供暖,不仅能够满足房间供暖和舒适性要求,而且可以有效降低采暖能耗。本文采用数值模拟方法,基于集热效率、出口温度、总热损失系数等评价指标,对太阳能空气集热器内部结构参数及影响因素进行研究,确定平板太阳能空气集热器最佳结构形式;并将太阳能空气集热器应用于房间供暖中,分析不同送风方式下房间内部温度场、速度场和舒适度情况。主要研究内容及结论如下:(1)本文以常规平板太阳能空气集热器为基础,构建了上风道、下风道以及双风道三种平板太阳能空气集热器,分别研究了集热器内部扰流板长度、数量、工质进口质量流量、安装角度及太阳辐射强度对集热器热性能的影响。研究结果显示,集热器内部加装扰流板后,其性能提升明显。其中下风道太阳能空气集热器在扰流板数量为8,长度为750mm、高度为30mm、厚度为0.8mm效果最佳,集热效率为67.23%,总热损失系数为4.21,但在出口流道部分存在高温区,表明集热器内部温度不均匀。(2)针对平板太阳能空气集热器出口流道部分所存在的高温现象,本文对集热器结构进行优化,在出口流道部分增设4块长度为200mm,高度为30mm、厚度为0.8mm的扰流板,解决了局部高温的问题,且在太阳辐射照度越高时降温效果越好,所得太阳能空气集热器集热器最大集热效率68.78%,总热损失系数为4.07。(3)将上述所得平板太阳能空气集热器最优结构用于对房间进行供暖。对送风速度2m/s时,单进风口出风口、双进风口单出风口以及双进风口出风口三种送风方式下,室内温度场、速度场和舒适度进行分析,结果显示三种送风方式对室内温度提升效果明显,且在10时-14时均能达到独立供暖温度要求,仅双进风口出风口送风方式室内活动区域风速始终未超过0.3m/s。(4)通过对送风速度1m/s-3m/s研究发现,三种送风方式在不同送风速度时人体热感觉达到适中。综合考虑房间内空气温度、速度以及舒适度等因素,双进风口出风口供暖方案在送风速度为1.5m/s时最适宜。
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