聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。     

日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

考虑动态吸收率的玻璃温室覆盖层温度预测模型

覆盖层温度是影响温室热环境的重要因素之一。为了实现温室覆盖层温度预测,该研究以玻璃温室覆盖层为研究对象,综合考虑太阳辐射吸收、对流换热等能量传递形式,建立温室覆盖层温度预测模型。为提高模型精度,该研究进一步提出温室覆盖层动态吸收率计算方法,并使用该方法将覆盖层太阳辐射吸收率分为直射辐射吸收率、散射辐射吸收率与地表反射辐射吸收率分别计算,进而精确计算覆盖层吸收太阳辐射。为验证模型正确性及其精度,在山东省泰安市选择3个时段开展相关验证试验并得出如下结论,温室覆盖层温度预测值与测量值变化趋势较为一致,模型计算值与覆盖层温度测量值的决定系数R^2最小为0.92,均方根误差RMSE最大为2.05℃,通过与相关模型对比得出该研究提出的模型能够精确预测覆盖层温度。     

太阳能辅助闭式热源塔热泵系统冬季制热性能

热源塔热泵系统以空气为冷热源,在冬季制热时其性能会随环境温度的降低而降低。为此研发了可应用陕南地区农村建筑的太阳能辅助闭式热源塔热泵系统,试验研究了冬季工况下系统的制热性能,初步分析了太阳热能与空气热能的互补机理。研究结果表明：系统制热量范围为12.1～15.2 kW,热泵机组性能系数范围为2.3～3.5,系统能效比范围为1.5～2.4,供热温度高于41 ℃;冷却水温度对压缩机耗电量的影响程度大于防冻溶液温度,冷却水平均温度每升高1 ℃,压缩要耗电量增加98.1 W,而防冻溶液平均温度每升高1 ℃,压缩机耗电量减小9.5 W;太阳能辅助热源塔热泵制热模式下,热泵机组通过改变防冻溶液与空气和集热工质换热温差的方法来改变防冻溶液从空气和集热水箱中的吸热量,以实现空气热能与太阳热能的互补。建议在实际应用中应避免供热温度过高以减小压缩机耗电;在集热水箱温度较高时通过降低风机频率减小风机耗电以提高系统综合能效,但应避免风机低频率工作可能给机组安全运行带来的隐患。     

基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器设计及性能分析

工业化太阳能苦咸水淡化系统对基础设施要求高,无法满足当前缺水地区小型分布式淡水制备的需求。针对上述问题,该研究提出一种新型基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器,其具有液膜蒸发、多效运行、传热热阻小、热能利用效率高等特点。基于封闭小空间内蒸发冷凝机理,分析装置内水蒸气传热传质过程,基于此,分别测试定输入功率运行工况下,一效、二效、三效和四效蒸馏器的产水速率、蒸发温度和冷凝温度的变化规律,研究不同效数对装置单位能耗产水率l和性能系数（Gain Output Ratio,GOR）等的影响,分析多效太阳能苦咸水蒸馏器的投资回收周期等经济评估参数。结果表明,装置单位能耗产水率、产水速率和性能系数均随运行效数的增加而增大,当输入电功率为200 W时,四效苦咸水蒸馏器达到稳态运行时单位能耗产水率和产水速率分别为1.45 g/kJ、1.039 kg/h,分别比三效蒸馏器增加36.80%、35.88%,四效苦咸水蒸馏器运行温度为83.76℃,蒸发冷凝总温差为19.07 ℃,性能系数达到3.36,投资成本回收周期约为5.69 a,具有较好的分布式制水应用前景。     

树木气候学及其研究方法——兼论欧洲赤松年轮宽度与太阳活动的关系

本文全面地介绍了国际上在树木年代学和树木气候学的理论和研究方法方面的研究概况,以及近年来取得的进展,并以沃罗涅什州欧洲赤松为例,阐明了年轮宽度与太阳活动的关系,为在我国进一步开展树木气候研究提供信息和借鉴。     

R410A直膨式太阳能热泵热水器制冷剂分布特性

为了研究制冷剂在直膨式太阳能热泵系统中的分布和迁移特性,在建立太阳能集热/蒸发器和冷凝器的均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集总参数模型和系统制冷剂充注量模型的基础上,编制了以R410A(二氟甲烷和五氟乙烷的混合物)为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序。将以R22(二氟一氯甲烷)为工质的直膨式太阳能热泵热水系统理论计算值与试验数据进行了对比分析,验证了系统数学模型的可靠性。在维持太阳能集热/蒸发器出口过热度不变的条件下,模拟分析了水箱水温、系统制冷剂充注量、压缩机转速等运行参数和太阳辐射强度、环境温度等环境参数对系统内部制冷剂分布的影响特性。模拟结果表明:制冷剂主要存在于冷凝器和太阳能集热/蒸发器内部,占系统制冷剂充注量的70%~90%;运行参数和环境参数的变化对冷凝器和太阳能集热/蒸发器内部的制冷剂分布有很大影响,而对压缩机和管道内部的制冷剂分布影响很小。研究结论可以为优化系统性能和减少系统制冷剂充注量提供科学依据。     

阳台壁挂式太阳能:推进太阳能与建筑节能的结合

中国是一个发展中国家,人均能源资源相对贫乏。目前中国总面积为96亿hm2,耕地面积只有1.2亿hm2,人均耕地面积才只有933.8 m2。每年城乡新建建筑竣工面积约为15亿至20亿m2;建筑能源耗能占全社会总耗能近37%,其中建材的生产能耗占16.7%,用水占城市用水的47%,建筑使用的钢材占全国用钢量的30%,水泥占25%。目前,在中国已建成的近400亿m2的建筑中,99%为高耗能建筑,新建建筑中95%以上也仍属于高耗能建筑,因而建筑节能就成为重中之重。随着节能省地型建筑的大面积推广,高层住宅建筑在城镇建筑中越来越广泛,如何推广太阳能在高层节能建筑中的应用,成为政府、建筑商关注的一个要点。     

微热管阵列平板太阳能集热器中空保温层厚度优化

为分析微热管阵列平板太阳能集热器的热性能,该文建立了集热器的CFD模型,对其进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性。采用该CFD模型对集热器保温层厚度进行优化,结果表明,当实心保温层导热系数分别为0.02、0.03、0.04、0.05W/(m·K)时,优化的实心保温层厚度分别为4.5、5.0、5.5、5.5cm。合理设计的中空保温层(空气层与实心保温层相结合的保温层形式)集热器能够达到与实心保温层集热器相当的保温隔热效果,同时可使集热器保温层成本及质量降低25%~50%。最后,该文给出了保温层总厚度分别为4、5、6cm时的中空保温层厚度优化结果,为该类集热器保温层的设计提供了理论依据。     

聚光蒸发式太阳能苦咸水淡化系统水体光热性能分析

针对太阳能苦咸水淡化系统中太阳能集热系统在高温段时效率低,而苦咸水淡化系统在低温段时效率低的结构性不匹配问题,提出了聚光蒸发式太阳能苦咸水淡化系统。为了提高苦咸水对入射太阳光的吸收作用,对太阳能集热系统中的苦咸水进行功能化处理,并对功能化苦咸水的透射率进行了光学性能分析,在实际天气条件下,对功能化苦咸水的热能利用效率进行了试验研究。结果表明,功能化苦咸水的透射率随粒子丰度增加而减小,随粒径减小而降低;粒子丰度由6.25增加为50.0 mg/L时,含有粒径为0.72 mm粒子的功能化水体的热能利用效率增加了41.3%;功能化苦咸水热利用效率计算结果与光学性能测试结果变化趋势一致。该研究为提高太阳能苦咸水淡化系统热利用效率提供了参考。