亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于太陽能真空集熱和有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)的被動傳熱式太陽房設(shè)計*

        2021-10-23 03:55:22陸旻煒周金龍黃寬勝
        關(guān)鍵詞:集熱被動式冷凝器

        李 龍,陸旻煒,周金龍,黃寬勝

        (江蘇大學(xué),江蘇 鎮(zhèn)江212013)

        我國農(nóng)村地區(qū)大多使用煤炭作為日常生活能源,不僅帶來了環(huán)境問題,而且引發(fā)了能源浪費(fèi)現(xiàn)象。再加上我國農(nóng)村住房的建設(shè)技術(shù)比較簡單,缺少材料使用方面的合理性、設(shè)計方面的科學(xué)性[1],房屋保溫隔熱能力差,導(dǎo)致能耗過大,能源利用率低。雖然我國對建筑節(jié)能的研究相較于國外來說起步較晚,但是目前在太陽房節(jié)能方面已經(jīng)取得了很大的成就。隨著科技的發(fā)展和時代的進(jìn)步,節(jié)能理念貫徹到了全社會,太陽能集熱的相關(guān)技術(shù)和裝置逐漸出現(xiàn)。此外,有機(jī)朗肯循環(huán)、真空集熱等技術(shù)理念的提出為我國被動式太陽房的研究提供了一定的基礎(chǔ)。但是在增加穩(wěn)定的傳熱效率和將有機(jī)朗肯循環(huán)和真空集熱等有機(jī)結(jié)合方面還存在問題。本文重點(diǎn)研究基于太陽能真空集熱和有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)的被動傳熱式太陽房設(shè)計,在穩(wěn)定傳熱效率的基礎(chǔ)上,將真空集熱技術(shù)和有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了高效利用太陽能發(fā)電,極大地提高了能源利用效率。

        1 系統(tǒng)的設(shè)計原理及組成

        1.1 設(shè)計原理

        基于太陽能真空集熱和有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)的被動傳熱式太陽房系統(tǒng)的總體示意圖見圖1。該系統(tǒng)有3個子系統(tǒng):一是被動太陽房系統(tǒng);二是有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng);三是儲電及調(diào)壓放電系統(tǒng)。

        圖1 系統(tǒng)總體示意圖

        整個系統(tǒng)的工作原理見第69頁圖2。被動太陽房系統(tǒng)吸收并轉(zhuǎn)化太陽能,通過太陽能吸熱板加熱空氣,加熱后的空氣通過真空管道輸入有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),低溫有機(jī)工質(zhì)通過工質(zhì)加壓泵進(jìn)入蒸汽發(fā)生器輸出高溫有機(jī)工質(zhì),高溫有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行熱量交換,同時做功將熱能轉(zhuǎn)化為電能,從而使得發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生電量,產(chǎn)生的電量由儲電調(diào)壓系統(tǒng)儲存或釋放。

        圖2 系統(tǒng)原理圖

        1.2 系統(tǒng)組成

        1.2.1 被動太陽房系統(tǒng)

        被動太陽房系統(tǒng)包含太陽能吸熱板、內(nèi)置空氣流道、隔熱材料、熱空氣傳輸管道。墻的表層及屋頂部分區(qū)域裝有吸熱材料,通過吸收太陽能加熱空氣流道中的空氣。與主動式太陽房相比,被動式太陽房不需要很多必要的部件,它主要是通過自身的結(jié)構(gòu)(如墻體)、地理位置、周圍環(huán)境等因素實(shí)現(xiàn)儲存太陽能或者釋放熱量[2]。簡而言之,被動式太陽房基本不需要能源,而且結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

        整個系統(tǒng)中被動太陽房子系統(tǒng)是用來收集太陽能為系統(tǒng)提供熱源。被動太陽房設(shè)計想要取得良好的節(jié)能效益,必須滿足下列4項基本原則[3]:第一,太陽房外部必須具有隔熱功能,從傳熱學(xué)的角度來看就是能夠保持太陽房熱量的恒定;第二,太陽房內(nèi)部要有足夠多的集熱器;第三,當(dāng)太陽房內(nèi)外溫差過大時,需要配置一定的調(diào)節(jié)裝置,從傳熱學(xué)的角度來看就是提供內(nèi)熱源;第四,盡量采用坐北朝南的太陽房,以利于提高集熱效率。

        1.2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

        在有機(jī)朗肯循環(huán)中,由于換熱器中能量損失占總體能量的比例較大,為了減少系統(tǒng)換熱器中的能量損失,提高熱能的利用率,系統(tǒng)采用梯形換熱[4]。

        整個有機(jī)朗肯循環(huán)的過程見圖3。首先,將吸收熱量后的冷空氣轉(zhuǎn)化為熱空氣,熱空氣經(jīng)過特定的管道進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸汽發(fā)生器,接著有機(jī)工質(zhì)吸收能量,轉(zhuǎn)化成為較高溫度和較高壓力的蒸汽狀物質(zhì)[5],蒸汽物質(zhì)通過管道進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)透平;然后,進(jìn)行膨脹做功,與此同時帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,做功后蒸汽物質(zhì)從有機(jī)工質(zhì)透平排出,由于排出的氣體仍然具有一定的溫度,需要經(jīng)過有冷水循環(huán)的凝汽器進(jìn)行熱量傳遞;最后,從凝汽器排出的氣體已經(jīng)液化為有機(jī)工質(zhì),在有機(jī)工質(zhì)泵的加壓作用下,有機(jī)工質(zhì)重新輸送回蒸汽發(fā)生器中,一個循環(huán)周期結(jié)束,系統(tǒng)將會不斷地循環(huán)下去。

        圖3 有機(jī)朗肯循環(huán)示意圖

        1.2.3 儲電及調(diào)壓放電系統(tǒng)

        該系統(tǒng)連接上一級發(fā)電系統(tǒng),有兩個作用:一是調(diào)節(jié)電壓向電器供電,調(diào)配系統(tǒng)用電器的使用情況;二是儲存高輻射時期的過剩電量,達(dá)到高輻射與低輻射發(fā)電時期的相對平衡,等到轉(zhuǎn)化的電量相對不足時,儲存的電量可以充當(dāng)臨時供電源。

        2 數(shù)值計算及主要技術(shù)指標(biāo)

        2.1 真空導(dǎo)管內(nèi)空氣平均溫度估計

        1)被動式太陽房日平均熱傳遞平衡表達(dá)式為

        To

        2)太陽能集熱板面積的計算表達(dá)式為

        式中:S為太陽能集熱器采光面積,m2;Qb為建筑物耗熱量,W;f為太陽能保證率,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)此處選擇的太陽能保證率為40%;Qc為當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系钠骄仗栞椪樟?,設(shè)計為14 000 000 J/m2;ηc為集熱器的年平均集熱效率,取值為45%;ηs為管道的熱損失率,取值為10%[3]。

        2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)計算模型

        2.2.1 熱力學(xué)模型

        有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)模型假設(shè):一是系統(tǒng)運(yùn)行中所有過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程;二是有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度恒定不變,不隨壓降的變化而變化;三是膨脹機(jī)和工質(zhì)泵均為絕熱裝置,忽略設(shè)備與管道系統(tǒng)中的傳遞熱量損耗[7];四是有機(jī)工質(zhì)的物性參數(shù)不受溫度和壓力的影響。第70頁圖4為有機(jī)朗肯循環(huán)原理簡圖。

        圖4 有機(jī)朗肯循環(huán)原理簡圖

        2.2.2 工質(zhì)泵

        工質(zhì)泵在實(shí)際壓縮過程中熵增大,所以計算中需要考慮泵的等熵效率。工質(zhì)泵消耗的功為

        式中:mwf為工質(zhì)的質(zhì)量流量;h4為工質(zhì)泵的出口比焓;h3為冷凝器的出口比焓,此過程中損失為

        式中:T0為環(huán)境的溫度;s4為工質(zhì)泵的出口比熵;s3為冷凝器的出口比熵。

        2.2.3 蒸發(fā)器

        有機(jī)工質(zhì)首先經(jīng)過工質(zhì)泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器,然后經(jīng)過預(yù)熱、相變和過熱3個熱力學(xué)過程后變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)物質(zhì)。在蒸發(fā)器內(nèi)從中低溫?zé)嵩磫挝粫r間吸收的熱量[8]為

        式中:h1為蒸發(fā)器的出口比焓。此過程中損失為

        式中:TH為廢熱熱源的溫度;s1為蒸發(fā)器的出口比熵。

        2.2.4 膨脹機(jī)

        高溫高壓的有機(jī)工質(zhì)氣體進(jìn)入膨脹機(jī),驅(qū)動膨脹機(jī)做功并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。理想狀態(tài)下,此過程為等熵過程,膨脹機(jī)對外輸出功為

        式中:h2為膨脹機(jī)的出口比焓。此過程中損失為

        式中:s2為膨脹機(jī)的出口比熵。

        2.2.5 冷凝器

        膨脹機(jī)做功產(chǎn)生的低溫低壓工質(zhì)氣體進(jìn)入到冷凝器后,與冷凝器內(nèi)的冷卻水進(jìn)行熱量交換。在理想狀態(tài)下此過程為等壓冷凝過程,因此單位時間內(nèi)冷凝器的放熱量[8]可以表示為

        式中:TL為低溫有機(jī)工質(zhì)的溫度。

        2.2.6 系統(tǒng)熱效率根據(jù)熱力學(xué)第一定律,可得系統(tǒng)熱效率為

        它充分反映了有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的能量收益占總能量消耗的比例,即系統(tǒng)輸出的凈功占有機(jī)工質(zhì)從熱源的吸熱量的比率[5]。

        系統(tǒng)的凈輸出功為

        它能夠反映出系統(tǒng)在余熱回收利用時能被有效利用的程度。

        2.3 主要技術(shù)指標(biāo)

        2.3.1 太陽能評價指標(biāo)單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%[9]。電池溫度每升高1℃,相對電效率下降0.5%[10]。

        2.3.2 有機(jī)朗肯循環(huán)相關(guān)指標(biāo)

        透平效率:88%;工質(zhì)泵等熵效率:90%;有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電效率:10%;有機(jī)朗肯循環(huán)效率:15%;系統(tǒng)效率:65%;工質(zhì)R245fa的物性參數(shù)由物性軟件REFPROP7獲得。

        2.3.3 綜合指標(biāo)

        系統(tǒng)能源利用效率為85%。

        3 系統(tǒng)可行性分析

        本文重點(diǎn)研究基于太陽能真空集熱和有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)的被動傳熱式太陽房系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電系統(tǒng)相比,本系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:一是能源利用率大大提高;二是對環(huán)境非常友好,可以在大多數(shù)環(huán)境中應(yīng)用;三是結(jié)構(gòu)簡單,便于維護(hù),同時適用于大小型發(fā)電。

        3.1 系統(tǒng)指標(biāo)推導(dǎo)可行性

        經(jīng)過查閱資料可知,在采用被動式太陽房裝置后,太陽能提供的能量占總體能量的30%[11]。

        以100 kW用電群體為例,此系統(tǒng)通過太陽能減少用電30 kW,每年最多可節(jié)約的電量為

        按當(dāng)?shù)厝后w用電費(fèi)用為0.6元/(kW·h)來計算,每年可以節(jié)約電費(fèi)

        按節(jié)約1 kW·h電可以減排0.997 kg CO2來計算,每年可減少碳排放

        按節(jié)約1 kW·h電可以節(jié)約0.4 kg煤來計算,每年可以節(jié)約煤炭

        3.2 理論分析推導(dǎo)可行性

        3.2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

        一是在蒸發(fā)過程中采用具有較低沸點(diǎn)的工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)。二是系統(tǒng)中的介質(zhì)均采用有機(jī)工質(zhì)。三是相關(guān)硬件設(shè)施比較簡便,而且對設(shè)備的使用性能要求不高。四是從冷凝器中產(chǎn)生的工質(zhì)的壓強(qiáng)p≥p0,其中p0為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)。

        3.2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

        一是提高了低溫余熱回收熱效率,有利于提高項目的收益。二是比傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)有更高的熱能吸收率和電能轉(zhuǎn)化率,能夠增加項目的穩(wěn)定性。三是搭建成本較低,能夠?qū)崿F(xiàn)長時間穩(wěn)定收益,降低了投資的風(fēng)險。四是由于壓差的原因,不容易產(chǎn)生工質(zhì)的泄露,所以冷凝器不需要設(shè)置真空環(huán)境,進(jìn)一步降低了制造成本。問題,對解決農(nóng)村采暖能耗浪費(fèi)問題有很大幫助。同時,可以降低房屋采暖耗能成本,推動建筑節(jié)能和綠色建筑的發(fā)展,在未來有著很好的發(fā)展前景和很大的市場價值。如果解決研發(fā)適合本地化的低成本被動式太陽房的相關(guān)困難,可以將被動式太陽房的市場價值進(jìn)一步提升。

        4 結(jié)束語

        整個系統(tǒng)由被動太陽房、有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、儲電及調(diào)壓放電系統(tǒng)組成,系統(tǒng)將墻體結(jié)構(gòu)作為熱空氣傳輸管道,利用太陽能加熱管道中的空氣,進(jìn)而將熱量輸入低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中,產(chǎn)生的電能可以儲存到儲電及調(diào)壓放電系統(tǒng)中供房屋所需。這是基于原有被動式太陽房的一大創(chuàng)新。

        總體來說,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)便捷,建造成本低,與傳統(tǒng)被動式太陽房相比,采用沸點(diǎn)更低的有機(jī)工質(zhì),提高了余熱回收率及循環(huán)效率[12],在回收利用低溫?zé)嵩吹确矫嬗酗@著作用。系統(tǒng)能源利用效率達(dá)85%,節(jié)能減排效果明顯,適用性很廣泛,尤其在農(nóng)村、工廠等集熱發(fā)電增益很高。

        被動式太陽房充分利用了取之不盡、用之不竭的太陽能,充分實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展,很大程度上減少了煤炭的燃燒,有效控制了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染

        猜你喜歡
        集熱被動式冷凝器
        太陽能集熱單元集熱性的實(shí)驗(yàn)研究
        數(shù)據(jù)機(jī)房集中式與平面型冷凝器熱環(huán)境對比研究
        綠色建筑(2021年4期)2022-01-20 03:21:56
        冷凝器換熱管開裂原因分析
        被動式建筑節(jié)能技術(shù)
        被動式建筑節(jié)能技術(shù)
        簡化供暖在被動式公寓的應(yīng)用
        蒸發(fā)冷卻冷凝器在通信機(jī)房空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用
        被動式建筑節(jié)能技術(shù)
        槽式太陽能聚光集熱系統(tǒng)模擬研究
        太陽能集熱技術(shù)及其在海水淡化中的應(yīng)用
        亚洲暴爽av天天爽日日碰| 亚洲中文字幕人妻av在线| 国产乱子轮xxx农村| 日韩欧美在线综合网| 丰满人妻无套中出中文字幕| 人妻中文字幕一区二区三区| 国产高清在线视频一区二区三区| 成人aaa片一区国产精品| 国产精品原创巨作AV女教师| 一区视频在线观看免费播放.| 国产三区三区三区看三区| 亚洲av国产av综合av卡| 国产精品亚洲综合色区韩国| 免费 无码 国产精品| 99久久精品人妻一区二区三区| 国产在线第一区二区三区| 好吊色欧美一区二区三区四区| 国产综合精品久久亚洲| 日本av一区二区三区四区| 国产精品久人妻精品老妇| 久久免费的精品国产v∧| 国产一区二区三区国产精品| 亚洲av色香蕉一区二区三区潮| 男人和女人做爽爽视频| 国内露脸中年夫妇交换| 成年毛片18成年毛片| 久久黄色国产精品一区视频| 无码国产伦一区二区三区视频| 亚洲国产成人AV人片久久网站| 日本高清一区二区三区不卡| 国产aⅴ激情无码久久久无码| 性xxxx视频播放免费| 无码吃奶揉捏奶头高潮视频| 日韩av一区二区三区高清| 亚洲熟妇少妇任你躁在线观看无码| 久久国产A√无码专区亚洲| 免费啪啪av人妻一区二区 | 少妇无码av无码专区线| 高清国产美女av一区二区| 亚洲精品一区二区网站| 99爱在线精品免费观看|