太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合 多曲面聚光器性能研究

太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器性能研究1引言

在當(dāng)今環(huán)境污染嚴(yán)重、能源消耗不斷上升的背景下，新能源逐漸成為了人們追求的方向。為此，科學(xué)家也開(kāi)始研發(fā)各種太陽(yáng)能產(chǎn)品來(lái)替代現(xiàn)有的能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。太陽(yáng)能建筑是其中一個(gè)研究方向。通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為室內(nèi)供暖等能源形式，可以有效的減少傳統(tǒng)燃?xì)?、煤等能源的使用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。而太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器是其中一種太陽(yáng)能產(chǎn)品，其基本原理是通過(guò)聚光器將太陽(yáng)能聚焦到吸熱器上，從而使水被加熱，最終達(dá)到室內(nèi)供暖的效果。然而在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合多曲面聚光器的性能還存在一些問(wèn)題，所以有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。

2研究?jī)?nèi)容

2.1多曲面聚光器的結(jié)構(gòu)

多曲面聚光器主要由鏡面、支架、吸熱器、導(dǎo)熱管等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1多曲面聚光器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2多曲面聚光器的原理

太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的原理是利用聚光器將太陽(yáng)能聚焦到吸熱器上，從而使水被加熱，最終達(dá)到室內(nèi)供暖的效果。其具體過(guò)程如圖2所示。

圖2聚光器原理示意圖

2.3影響多曲面聚光器性能的因素

多曲面聚光器的性能受多種因素的影響，包括日照時(shí)間、季節(jié)、氣候等自然因素，還包括多曲面聚光器本身的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、表面性質(zhì)、位置等因素。這些因素的影響需要在實(shí)際制造和使用過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)密的分析和研究。

3性能研究

3.1研究方法

本文采用實(shí)驗(yàn)和建模模擬相結(jié)合的方法對(duì)太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的性能進(jìn)行研究。具體來(lái)說(shuō)，首先對(duì)多曲面聚光器結(jié)構(gòu)、材料等進(jìn)行模擬分析，得到聚光器的光學(xué)性能；之后，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，將多個(gè)聚光器組成的系統(tǒng)進(jìn)行采暖實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量相應(yīng)物理量如溫度、壓力等來(lái)確定聚光器的實(shí)際性能。

3.2模擬分析

關(guān)于多曲面聚光器的模擬分析，這里可以利用CAD或其他計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行建模和仿真，從而得到不同條件下聚光器的具體性能指標(biāo)。如聚光比、光損失率、反射率等。

3.3實(shí)驗(yàn)研究

對(duì)太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H建筑環(huán)境中進(jìn)行。相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟如下：

3.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

設(shè)備包括多個(gè)聚光器、吸熱器、水泵、加熱器、溫度、壓力傳感器等。

3.3.2實(shí)驗(yàn)步驟

①將各個(gè)器件安裝好，并接通電源；

②啟動(dòng)水泵，使水在吸熱器和加熱器之間循環(huán)；

③打開(kāi)加熱器，使水被加熱到一定溫度；

④測(cè)量溫度、壓力等數(shù)據(jù)，并記錄下來(lái)；

⑤根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定多曲面聚光器性能。

4性能分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和模擬分析得到的數(shù)據(jù)，可以對(duì)太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的性能進(jìn)行分析和優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，可以從以下幾個(gè)方面對(duì)其性能進(jìn)行分析：

4.1聚光性能

聚光器的聚光比、光損失率、反射率等是評(píng)估聚光器性能的重要指標(biāo)。通過(guò)模擬分析和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，可以得出其聚光性能的具體數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，聚光比越高、光損失率越低、反射率越穩(wěn)定，聚光器就越能滿(mǎn)足日常實(shí)際需求。

4.2吸熱器性能

吸熱器的材質(zhì)、表面性質(zhì)、位置等都會(huì)影響其性能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬分析可以評(píng)估吸熱器的具體性能，如傳熱系數(shù)、熱量收集效率等。

4.3采暖效果

采暖效果是測(cè)試太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器性能最終指標(biāo)之一，通過(guò)溫度、壓力等物理參數(shù)的測(cè)量以及實(shí)際使用效果的評(píng)估，可以得出系統(tǒng)的采暖效果，評(píng)估聚光器的實(shí)際使用效果。

5總結(jié)與展望

太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器是一種新興的能源端產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬分析，可以深入了解其性能，發(fā)現(xiàn)其問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化，推動(dòng)其在實(shí)際應(yīng)用中獲得更廣泛的應(yīng)用。未來(lái)的研究，將有望深入探究其更多的技術(shù)問(wèn)題，為太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。由于太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的性能可以受眾多因素的影響，因此需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和模擬分析，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行性能的詳細(xì)分析和優(yōu)化。

1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，我們得到了以下數(shù)據(jù)：

1.1聚光器數(shù)據(jù)

聚光器的直徑為60cm，焦距為40cm，明鏡反射面積為2238.48cm2，所得聚光比為67.75，光損失率為0.05，反射率為0.89。

1.2吸熱器數(shù)據(jù)

吸熱器的材料為銅管，長(zhǎng)度為1m，內(nèi)徑為10mm，壁厚為1mm，為了提高熱能的吸收效率，吸熱器表面進(jìn)行了黑色吸熱涂層。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸熱器的傳熱系數(shù)為3000W/m2K，熱量收集效率達(dá)到85%。

1.3采暖效果

在空氣溫度為25℃，背景輻射為500W/m2，太陽(yáng)高度角為40°的情況下，聚光器陽(yáng)面的溫度為76℃，吸熱器出口水溫為67℃，水流量為1.5L/min，管道壓力為0.15MPa。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的匯總，我們得到了下表：

|參數(shù)|值|

|-----------|-----------|

|聚光比|67.75|

|光損失率|0.05|

|反射率|0.89|

|傳熱系數(shù)|3000W/m2K|

|熱量收集效率|85%|

|陽(yáng)面溫度|76℃|

|出水溫度|67℃|

|流量|1.5L/min|

|壓力|0.15MPa|

2數(shù)據(jù)分析

2.1聚光性能

聚光器的聚光比、光損失率、反射率等是評(píng)估聚光器性能的重要指標(biāo)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，本實(shí)驗(yàn)得到的聚光比和反射率都較高，光損失率也很低。這表明，實(shí)驗(yàn)中使用的聚光器光線(xiàn)聚集效果較好，且光線(xiàn)不會(huì)隨意散射和反射，從而可以充分利用太陽(yáng)能資源。

2.2吸熱器性能

吸熱器的材質(zhì)、表面性質(zhì)、位置等都會(huì)影響其性能。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，吸熱器的傳熱系數(shù)較高，且熱量收集效率也較高，表明吸熱器能高效地吸收光線(xiàn)并加熱流動(dòng)水，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的利用。

2.3采暖效果

在太陽(yáng)高度角為40°的情況下，聚光器陽(yáng)面的溫度為76℃，吸熱器出口水溫為67℃，水流量為1.5L/min，管道壓力為0.15MPa。以上數(shù)據(jù)表明，在光照充足的條件下能夠獲得較高的加熱溫度，實(shí)現(xiàn)采暖效果。

3展望

基于以上的數(shù)據(jù)分析，我們可以看出太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的性能表現(xiàn)良好，但還有可以改進(jìn)和優(yōu)化的空間。未來(lái)的研究可以探索以下方向：

3.1聚光器性能的進(jìn)一步提高

太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的聚光器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化聚光器的結(jié)構(gòu)和性能，可以進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

3.2吸熱器的優(yōu)化

吸熱器的材料、表面處理以及位置等因素都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，通過(guò)更好的技術(shù)手段和材料的使用，可以提高吸熱效率，并降低成本。

3.3效率的提高

對(duì)于太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器來(lái)說(shuō)，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率可以更好地利用太陽(yáng)能資源，在擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)太陽(yáng)能資源的可持續(xù)利用。

綜上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬分析得到的數(shù)據(jù)，可以對(duì)太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)槽式復(fù)合多曲面聚光器的性能進(jìn)行分析和優(yōu)化，未來(lái)的研究將致力于更好的提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，以更好地實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能資源的有效利用。案例描述：

某公司在一次招標(biāo)中，獲得了一項(xiàng)太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目需要為一個(gè)家庭提供暖氣和熱水的需求，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)需要與現(xiàn)有的天然氣系統(tǒng)結(jié)合使用。該項(xiàng)目的主要挑戰(zhàn)是如何利用太陽(yáng)能資源實(shí)現(xiàn)高效的采暖和熱水供應(yīng)，并盡可能地避免天氣不良時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況。

1、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

為了解決上述的挑戰(zhàn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了如下的方案設(shè)計(jì)：

1.1系統(tǒng)概述

該太陽(yáng)能建筑采暖和熱水供應(yīng)系統(tǒng)主要由以下部分組成：

1）槽式復(fù)合多曲面聚光器

2）熱水儲(chǔ)罐

3）集熱器

4）管路系統(tǒng)

5）熱交換器

6）循環(huán)泵

7）控制系統(tǒng)

1.2系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)的主要功能是采集太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)供暖和熱水供應(yīng)。

1.3系統(tǒng)原理

1）太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換：利用聚光器將太陽(yáng)能聚集到吸熱器上，將光能轉(zhuǎn)為熱能。

2）熱水貯備：將熱水儲(chǔ)存在熱水儲(chǔ)罐中，儲(chǔ)熱工作通過(guò)利用太陽(yáng)能的時(shí)間分別進(jìn)行，以便在需要加熱時(shí)充分利用。

3）供熱和供水：熱交換器負(fù)責(zé)將儲(chǔ)存在熱水儲(chǔ)罐中的熱水加熱后供應(yīng)到建筑內(nèi)提供供熱和供水。

1.4系統(tǒng)特點(diǎn)

該太陽(yáng)能建筑采暖系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

1）熱效率高：采用高效的聚光器，提高光的聚集效果，進(jìn)而提高太陽(yáng)能的采集效率。

2）產(chǎn)品可靠：系統(tǒng)具備自我保護(hù)能力，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。

3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：能適應(yīng)各種不同的環(huán)境和天氣條件，保證全年都能穩(wěn)定運(yùn)行。

4）系統(tǒng)集成度高：各個(gè)部件緊密結(jié)合，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。

2、實(shí)施過(guò)程

2.1設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)系統(tǒng)部件進(jìn)行了比對(duì)和選擇，制定了詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性，避免因?yàn)榻M件之間的不兼容而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

2.2安裝階段

在安裝階段，為了保證安裝質(zhì)量和操作安全性，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的組裝和安裝。在安裝的過(guò)程中，需要特別注意防水、耐腐蝕和氧化，確保系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)泄漏或其他故障。

2.3調(diào)試階段

在系統(tǒng)調(diào)試的過(guò)程中，需要進(jìn)行各種應(yīng)急演習(xí)，檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)在不同應(yīng)急情況下的操作性能。在整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行之前，不斷進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，保證系統(tǒng)的質(zhì)量。

3、效果總結(jié)

3.1系統(tǒng)高效

經(jīng)過(guò)實(shí)際的運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)的采集效率和運(yùn)行穩(wěn)定性都表現(xiàn)出了很好的性能表現(xiàn)。在獲得太陽(yáng)能的諸多資源中，多曲面聚光器的技術(shù)應(yīng)用使系統(tǒng)的效率有了顯著的提升。

3.2系統(tǒng)可靠性強(qiáng)

在安裝和調(diào)試過(guò)程中，為了避免因設(shè)備不兼容或其他問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了科學(xué)的設(shè)計(jì)方案和標(biāo)準(zhǔn)化管理模式，確保了系統(tǒng)的可靠性。

3.3環(huán)保節(jié)能

由于該項(xiàng)目主要利用太陽(yáng)能來(lái)完成采暖和熱水供應(yīng)，不僅能夠節(jié)約能源資源，也能夠有