1、1主动式太阳能加热系统和被动式太阳能加热系统摘要在这个文件中，对农村/城市全年的主动和被动型太阳能热水系统热性能评价进行了研究。两种类型的实验都是通过分析温度分布曲线和通过对 2003 年 4月到 2004 年 3 月一年的温度变化的进行了归纳。在这个试验过程中中，还分别对清晨，中午和傍晚分别开，关混合效应对系统的运行产生的影响。在这个试验中，也计算了热效率和吸收热效率。计算 得到的 FR (sa)值在主动型和被动型热水系统中分别是 0.69 和 0.61.在韩国这样寒冷的气候中，乙二醇和水以 50/50 的比例下加热才能达到这种结果。 2006 埃尔塞维尔有限公司保留所有权利。 关键词：主动
2、式，被动式，太阳能热水系统，流体加热，热效率简介在发达国家，在建筑上的能源的消耗所占的预算占总能源的很大组成部分。其中很大一部分在于加热水和热水取暖。在国内一些城市和农村地区，热水还被用在洗澡，洗衣服和餐饮方面。在农村地区，人们主要靠燃烧非专用燃料木2材来取暖烧水，而在城市，人们主要用商业燃料煤油，液化石油气，煤和电等来取暖供热。据推测，如果找不到合适的替代能源，那么常规燃料的供应存在很大的短缺。 （李，2000，金，2002） 。有一种来弥补这种状况的方法是采用太阳能热水系统。利用太阳能加热系统从环境方面考虑也可以看出为环境的建设发挥了很重要的作用。在过去的 20 世纪的后几年中，人们已经在
3、影响地球气候变暖的二氧化碳气体排放量方面做了很广泛的努力。这些排放量是由满足人们日益增长的能源需求而燃烧的化石燃料产生的二氧化碳产生的，二氧化碳排放量是麻省理工学院为了研究人们对能源对环境影响的满意度诸如太阳能能源设立的，不是为化石燃料而引出的词。此外，在国内，化石燃料相比，最重要的优点是使用太阳能产生的生活热水不产生诸如氮氧化物和二氧化硫等污染气体。命名法App 孔径面积（平方米） tend 均匀温度下加热水Ac 集热器面积（平方米）Cf 集热器中流体的比热 tstart 储水器中水的最终温度Cw 水的比热Fr 集热器散热因素 twi 储水罐的初始温度Two储水罐的最终温度Have集光圈平均
4、太阳辐射 UL器总热损失系数IT集电板TOR的表面的瞬时太阳辐射总量 gins 瞬时效率Mdw 停止运转的水的质量 give A s主动式太阳能加热系统的平均效率Mf 流体流动速率 give p s被动式太阳能加热系统的平均效率Mw 水的质量3Qcol热能收集 gc收集效率Qincident孔径面积 give c a 主动式太阳能集热效率水加热系统Qsystem 在水箱中可以利用的能源Qu有太阳集热器提供的有用得热量 gaveCP被动式太阳能集热效率水加热系统Ta 周围空气温度 gsystem系统效率Ta_ave平均环境温度 s a透光率，物体的吸光率Tci集热器进口温度(C) Dt测试间隔时
5、间(s)Tco 集热器出温度(C) DT 温控器设定的温度差（）Tdw 计算过的温度太阳能光热系统可提供多种不同需求的，而生活热水符合又通常是非规律性的。太阳能热水系统使用的是传统的强制循环式系统或吸虹吸型，他的设计存贮约等于每天的热水需求。这种太阳能热水系统正在作为韩国能源节约和负载的一部分而被用于正在日益增加的热水量。韩国有四个不同的气候类型（炎热潮湿，夏季，冬季和春天）。在韩国最常用的主动式太阳能热水系统是用于加热。由于韩国的全年大部分时间是寒冷气候，在寒冷季节，韩国平均温度在零下 5 度到零下 10 度，因此，在冬季，通过发展太阳能热水系统来获取热水是很有必要的。本文的目的是对研究太阳
6、能热水器的常年热性能并作出积极评价。为了研究太阳能热水系统，一个被动式太阳能热水系统已经被安装上了。研究了2003年4 月到2004年3月韩国能源结构全年的研究。根据寒冷季节乙二醇与水50/50 常常混合作为导热油的物理特性 ，提出了用乙二醇作为热量标准的计量。主动式和被动式太阳能热水系统由三个平板用来接收太阳热能，循环泵中的水与换热泵中的水在水储罐中混合。双壁热交换器可以用来防止家庭用水的污染，专家是把系统对着维度约为36.18的方向，让系统成40角来测量的，最大误差度为0.05 C，设备是由一个测量环境温度的热电阻和两个RTD来测量进水温度和出水温度的。除了这种用流量计来测量系统流量来保证
7、流量的方法外，在主动式太阳能热水系统还采用了用泵来转移储水罐中的热水，这是用恒温手段来试验的。活动式太阳能热水系统中的泵可以放在储水罐中的任何位置储水罐里的供应泵需放在适当的高度。因此，在系统中，水存储供应泵被放置在垂4直位置而在被动系统中，存储罐放在顶端，创建了较低的压力，利用o技术将水和乙二醇混合在收集器和存储器之间。太阳倾斜的表面记录了实验的全过程，该实验有1%的误差。根据对数据采集的分析，记录并测量了结果。这些数据记录了有乙二醇循环泵的模式，时间间隔为3分钟时的模式。用摄像头把主动式热水系统和被动式热水系统的示意图以照片的形式拍了出来。在1、2和3 实验过程中，通过对太阳能热水系统的计
8、算分析，完成了2003年4 月到 2004年的实验。通过对液体的分析，从收集器中流出的导热流体进入换热器内的储水罐中，然后返回到太阳能集热器，在那里流体被太阳能再次加热。储蓄罐中的水，从换热器中积累了很大的能量。而冷水从底部进入到储罐中从顶部的出口排出。通过两个教授的分析，他们对在测试期间关于孔径面积内的太阳能量进行了计算，由此颁布了集热器热性能模型。太阳能集热器的得热量在稳定状态下可写成Qu Ac F R I Tsa U LT ci T a 的格式。太阳能集热器刚开始的稳定的瞬时热效率，被定义成能有效收集到的的太阳能热量成为太阳能集热器总面积。也就是说集热效率的定义如下：gins Qu=I
9、T Ac或者是gins F R sa F R U LT ci T a=I T 由此可以看出，瞬时平板太阳能集热器的效率是一个线性函数。该图形 中数据是由资讯科技绘制的，并采用曲线拟合最小二乘法来绘制。收集效率系统，可以定义为gc Qcol=Qincident，qcol是由太阳能提供的有用能源。该系统的效率被定义为通过储水罐对太阳能的总面积截获，而收集到的转移到太阳能热水器的热量，即系统的效率可言定义为gsystem Qsystem=Qincident。（8）其中Qsystem表示水循环泵在Qsystem（9）兆瓦情况下工作联系一天的水量。4 实验结果与讨论为了研究2003年4月到2004年3月
10、期间系统活动管道中热水的热性能对太阳能热水系统实验的影响，在实验中，导热油测入口和出口是用乙烯作为导热液，而在储水罐乙二醇则作为其出口和入口的导热液。在表1中，通过太阳辐射和环境温度的记录，显示出了平均每月平均太阳辐射环境温度和平均每月效率。对主动式太阳能热水系统来说，其最高效率是46.79%，然而在2003年5月发现，最低效率是40.54%。被动式太阳能热水系统，其最高效率是2003年 9月发现的数据48.44%，而在2003年9月发现，其最低效率是38.69%。表1为平均每月计算太阳辐射值，平均温度下主动式和被动式太阳能加热系统的平均效率。5在测试期间，当采集器入口和出口温度差超过 6C
11、时，太阳能总量通过面积计算和与温控器的太阳能收集器和进气口温度对比而显现出来。当昼夜温差值低于 2C 时，泵会自动开启和关闭。表一月份 集光圈平均太阳辐射平均环境温度 主动式太阳能集热效率水加热系统被动式太阳能集热效率水加热系统2003 年 4 月 15.80 16.08 42.76 38.832003 年 5 月 16.32 22.23 46.79 43.632003 年 6 月 12.42 24.50 38.69 38.692003 年 7 月 10.36 25.83 42.30 38.852003 年 8 月 10.32 26.55 41.26 42.222003 年 9 月 13.02
12、 23.43 45.26 48.442003 年 10 月 17.55 15.50 47.39 46.502003 年 11 月 10.83 10.65 40.54 40.582003 年 12 月 12.14 2.26 42.01 43.702004 年 1 月 13.30 0.57 - -2004 年 2 月 15.86 4.15 45.87 42.932004 年 3 月 16.21 9.36 45.55 41.89实验并没有进行两种类型的实验都是通过总结，归纳以前画过的温度曲线，温度分布状况推理出来的。早晨，中午和晚上实验中的循环泵都是关闭的，所以对泵的运行和供应影响是固定的。在早晨，
13、中午和晚上，如果水的唯独大于 36.5C，那么供给泵应该在规定时间由冷水代替，知道水的平均温度低于 36.5C，2003年 4 月 1 日至 2003 年 8 月 24 日和 2004 年 1 月 25 日至 2004 年 3 月 31 日用这种方法对系统进行了实验。在这些实验中，主动式和被动式太阳能热水系统的平均系统效率值不高，由方程（8）和（9）计算，假设温度为人体温度 36.5C 做参考用，在实验中，第一组 2003 年 4 月 20 日供应泵供应时间间隔定为7:00 至 7:15,12:00 至 12：10 和 18:00 至 18:15（40 分钟 ）。主动和被动系统的平均系统效率分
14、别是 12.96%和 11.15%，平均太阳辐射值为 16.19 MJ/m2.第二组实验是从 2003 年 4 月 14 日至 2003 年 5 月供应泵从 7：00 到7:15,12:00 至 12:10 和 18:00 至 18:30（55 分钟）。主动式和被动式热水系统平均效率分别是 16.69%和 13.97%，太阳辐射值为 18.86 MJ/m2，该系统的转化6效率因为连续而增加，原因是有对其影响较高的因素作比较，用这样的太阳辐射能对下一组进行实验。第三组实验室从 2003 年 5 月到 2003 年 8 月 6 日供应泵从 7:00 至 7:20,12：至 12:20 和 19:0
15、0 至 19:20（60 分钟）的设置。主动式和被动式平均效率分别为 12.06%和 9.6%，平均太阳辐射能为 12.50 MJ/m2.。第四组的实验是从 2003 年 8 月 24 日到 2003 年 8 月底，测试时间从 7:00 到7:20,12:00 至 12:20 和 19:00 至 19:40（80 分钟）。主动式和被动式热水系统平均系统效率为 14.46%和 10.77%，平均太阳辐射能量为 11.58 MJ/m2.。在第五组试验中，从 2004 年 1 月 25 日至 2004 年 3 月 31 日，供应泵工作时间从7:00 到 7:15,和 18:00 到 18:20（35
16、 分钟）。由此可知 ，主动式热水系统和被动式热水系统在该组实验中的系统效率分别是 9.51%和 7.72%，平均太阳辐射能为 16.68 MJ/m2。由以上五组实验结果表明，实验中系统效率最高的是在 2003年 4 月 24 到 2003 年 5 月 14 日 55 分钟的供应泵实验操作。在上午和下午 3 点左右绘制的曲线都没什么大的变化，而晚上 18:00 到 18:30 时间段内的太阳辐射对系统性能有很强的影响。在预计的试验中，晚上 19:00 到 19:20 时间段，储罐中热水的平均温度不高，因此整个系统效率为最低，在加州，实验还考虑到 36.5C 人体温度，所有结果列于表 2.表 2
17、主动式和被动式太阳能热水系统的供应泵和循环泵平均效率随时间变化日期 DT 温控器设定的温度差（）主动式太阳能加热系统的平均被动式太阳能加热系统的平均集光圈平均太阳辐射(MJ/m2)水循环泵时间表供水泵03-04-01-03-04-20 6/2 12.96 11.15 16.19 X 07:00-07:1512:00-12:1018:00-18:1503-04-21-03-05-14 6/2 16.69 13.97 18.86 X 07:00-07:1512:00-12:2018:00-18:3003-05-15-03-08-06 6/2 12.06 9.60 12.50 X 07:00-07:
18、1512:00-12:2019:00-19:2003-08-07-03-08-24 6/2 14.46 10.77 11.58 X 07:00-07:1512:00-12:1018:00-18:3003-08-25-03-09-27 6/2 36.39 38.01 11.04 6:00-6:1520:00-20:1520:30-22:00703-09-28-03-10-16 6/2 45.02 44.01 16.52 6:00-6:1520:00-20:1520:30-22:0003-10-17-03-11-07 6/2 39.51 39.32 18.06 6:00-6:1520:00-20:
19、1520:30-22:0003-11-08-03-12-02 6/2 29.21 34.28 10.59 6:00-6:1520:00-20:1520:30-22:0003-12-03-03-12-31 6/2 32.68 25.16 11.85 6:00-6:1520:00-20:1520:30-22:0004-01-25-04-03-31 6/2 9.51 7.72 16.68 6:00-6:1520:00-20:1507:00-07:1518:00-18:204.2 混合的影响在这个实验中，水循环泵在 6:006:15 和 20:00-20:15 工作以便让储水槽达到恒定的温度。供水泵是
20、在晚上的 20:3022:00 工作，它是用冷水来代替热水，直到入水和出水的温度差小于 2 度为止。荷兰国际组织研究部用这种归纳法研究了从 2003 年 8 月 25 日到 2003 年 12 月 31 日间的不同温度的实验。这些实验中主动式和被动式热水供应系统的平均系统效率不高。在实验进行中，第一组2003 年 8 月 25 日到 2003 年 9 月 27 日中进行恒温设置，其平均系统效率分别为 36.59%和 38.01%，平均太阳辐射为 11.04 MJ/m2.2003 年 9 月 28 日到 2003年 10 月 16 日的恒温设置中，其平均系统效率分别为 45.02%和 44.01
21、%，其平均太阳辐射能为 16.52 MJ/m2。在 2003 年 8 月 6 日到 2003 年 9 月 27 日恒温设定时，主动热水系统和被动式热水系统平均系统效率分别为 36.59%和 38.01%，平均太阳辐射能为 11.04MJ/m2。从 2003 年 9 月 28 日到 2003 年 10 月 17 日该系统最高的系统效率分别为 45.02%和 44.0%，其平均太阳辐射能为 16.52 MJ/m2。下一组实验 2003 年 10 月 17 日到 11 月 7 日，主动和被动式热水系统最高效率分别为 39.51%和 39.32%，平均太阳辐射能为 18.06 MJ/m2。实验结果表明
22、，在 2003 年 9 月 28 日到 2003 年 11 月 7 日的太阳辐射能是最大的。实验结果还表明，该被动式热水系统的平均效率是很接近主动式热水系统的，甚至在本周日显示的数据表明的被动体系的效率要高于主动式的。这两种系统影响的平均效率近相等，结果列于表 3 中。表 3 主动式和被动式热水系统的太阳辐射平均收集效率月份 天数 0-15.9MJ/M2主动式太阳能集热效率被动式太阳能集热效率集光圈平均太阳辐射主动式太阳能集热效率水加热系统8水加热系统 水加热系统2003 年 4 月 10 32.79 30.18 6.5 48.85 46.122003 年 5 月 11 40.53 37.39
23、 10.04 50.42 47.242003 年 6 月 20 41.35 37.29 9.07 48.81 45.192003 年 7 月 23 38.97 35.56 7.58 51.89 48.322003 年 8 月 22 36.41 39.02 6.82 53.13 50.052003 年 9 月 18 42.36 47.23 8.63 49.61 50.262003 年 10月9 42.40 40.89 9.73 49.21 48.802003 年 11月21 32.46 36.76 7.04 48.62 48.242003 年 12月20 39.93 42.57 9.96 47.
24、94 46.922004 年 1 月 12 39.72 38.63 10.13 49.85 45.172004 年 2 月 11 37.53 34.13 10.52 50.00 46.202004 年 3 月 38.59 38.15 8.73 49.85 47.504.3 太阳能辐射对集热器效率的影响太阳辐射分为高低两个幅度，低幅度 的太阳辐射能介于 015.9 MJ/m2 之间，而高幅度的太阳辐射能为介于 1625 MJ/m2 间。表 3 显示了平均效率与平均太阳能辐射水平天数的关系。从表中很容易可以看到，高幅度的太阳能 平均效率大于 45%。表 3 个表 4 显示了每天的集电极显示的效率的
25、图形，范围是从2003 年 4 月到 2003 年 9 月太阳辐射的水平，图 3 显示的数据非常分散，而图4 显示的结果则有一定的规律。在 2003 年 4 月，平均效率的太阳辐射，平均温度为 12.19C 时，辐射能为 6.5 MJ/m2。而在 2003 年 9 月份，结果则是平均温度为 23.77C，辐射能为 8.63 MJ/m2。由此推得在较低效率下，太阳能平均太阳辐射水平比较低，因为在低效率下工作，平均效率变的比较低 。4.4 每日瞬时效率结果太阳能集热器能不能完全代表一个绝对的热收集方式来计算瞬时效率，不是取决于集热器，而是取决于其使用的条件、地形等的方程形式 。（5）显示的是 20
26、03 年 4 月到 2004 年 3 月间稳定条件下的采暖期数据 ，通过对图形线的走向 ，发现该线的斜率等于 FRUL 和 Y 轴截距为 FR。排热系数是实际被集光板吸收的能量，流体类型，以及通过集流体的流量。小流量的流体和大流量的流9体能量吸收和能量损失 FRUL 是怎样一种迹象。线性回归方程表明主动式加热系统和 被动式加热系统的 FR 和 SA 的值的在用水加热系统时被认为是 0.69 和 0.61。在主动式热水系统的传导能量高于被动系统时，活跃在系统中的导热流体的流速总是 比被动式系统搞，这个实验室在稳态条件下实验的。在主动式太阳能热水系统的热损失系数在早晨高，所以这组数据显示的热损系数较高。4.5 结论主动式热水系统和被动式热水系统的热性能是以年度为基础被调查的。实验结果表明，乙二醇作为导热油在主动式和被动式热水系统中的可行性。这一实验 结果表明，在 韩国主动式太阳能热水系统适合于韩国这样的气候寒冷的国家，不管是城市还是农村。而主动式恒温水加热系统也起到了对系统热性能的作用。为了获得更高的系统热性能，研究家正在 使用无源之水加热系统。这样的系统发现 0.69 的 FR 值和 0.61 的 SA 值的 FRUL 分别价值为 3.52 和 2.30.
