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1、能源系统的评估原理学生：梁洪康学号：20123884指导教师：解辉专业：新能源科学与工程一、引言3二、太阳能系统的工作原理及主要类型41.工作原理42.主要类型4三、热效率分析61.集热器瞬时热效率62.自然循环式太阳能热水系统热效率63.强制循环式太阳能热水系统热效率74.直流式太阳能热水系统热效率7四、火用效率分析71、主要计算式7（1）热水通过集热器吸收的热量火用7（2）管路温差传热火用损7（3）管路散热火用损失8（4）贮水箱温差传热火用损8（5）贮水箱散热火用损8(6)泵消耗转移的热量火
2、用82、火用平衡方程及火用效率8（1）自然循环式热水系统火用平衡方程8(2)强制循环式热水系统火用平衡方程9(3)直流式热水系统火用平衡方程9（4）火用效率计算式9五、计算模型及结果91、计算模型92、计算结果9（1）数据表格9（2）图像比较10六、结论分析12【参考文献】12几种太阳能热水系统的火用分析摘要运用热力学的热平衡和火用分析原理，对几种太阳能热水系统进行了用能效率分析，我们针对热效率和火用效率这两项指标来评价系统的用能效率。并根据设计模型计算出相关数据对三种典型太阳能热水系统进行比较
3、。关键词太阳能热水系统强制循环自然循环直流式火用效率一、引言70年代以来,我国对太阳能热水系形成了具有我国特色的太阳能热水技术与产业,其产量、使用量均居全球之冠。目前大多数研究者将热效率作为衡量太阳能热水系统热性能优劣的主要标准,但它只反映了能量在“量”上的关系,而没反映出“质”上的关系;同时,热水系统中不可避免的存在因不可逆温差造成可用能的损失（由于温差传热过程中，效率不可能达到100%，而温差传热又是不可逆的过程，所以一定会有一部分的能量既没有由高温物体传给低温物体，也没有办法再利用起来，我
4、们就把这部分能量称为不可逆温差传热的可用能损失）。因此,本文针对几种典型的太阳能热水系统进行了用能效率的分析。二、太阳能系统的工作原理及主要类型1.工作原理太阳能热水系统的主要工作原理分为两个：热虹吸水循环原理和集热器吸热原理。热虹吸水循环原理利用冷水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热，达到设定的水温为止。当太阳强度不足以满足循环需要的时候，可以在水循环闭路加一水泵，实现强制循环。集热器吸热原理利用太阳能热水器的集热器表面的特殊涂层实现，此涂层对太阳能可见光
5、范围具有很大的吸收率，吸收为热以后，集热器的散热热辐射波长在长波范围，该涂层对长波的发射率很低，这样就有效的保留了太阳能的热量。再通过这种热量将冷水逐渐加热为热水。2.主要类型根据热水动态流动方式，将太阳能热水系统分为自然循环式、强制循环式和直流式三种主要类型。图(a)所示为自然循环式,依靠集热器与贮水箱中水的温差形成系统的热虹吸压头,使水在系统中循环,并将集热器的有用收益传输到水箱中予以贮存。在运行过程中,集热器出口的热水由上循环管进人水箱的上部,同时箱底的冷水由下循环管流人集热器经过一段时间
6、,水箱中形成明显的温度分层,上部水温已达到可供使用的水平。用热水的同时由补给水箱向贮水箱底部补充冷水用热水时，有两种取热水的方法。一种是有补水箱，由补水箱向储水箱底部补充冷水，将储水箱上层热水顶出使用，其水位由补水箱内的浮球阀控制，有时称这种方法为顶水法；另一种是无补水箱，热水依靠本身重力从储水箱底部落下使用，有时称这种方法为落水法。Q0—补给水带人系统的热量Q1—管路散热损失Q2—贮水箱的热量Q3—水箱散热损失QU—集热器获得的有用热量图(b)所示为强制循环式,唯一与自然循环式不同的是在集热器
7、前添加水泵,当泵运行时,系统以固定的大流量进行循环,在贮水箱内引起剧烈的掺混,因此水箱内温度可视为均匀。系统运行过程中，循环泵的启动和关闭必须要有控制，否则既浪费电能又损失热能。通常温差控制较为普及，有时还同时应用温差控制和光电控制两种。温差控制是利用集热器出口处水温和贮水箱底部水温之间的温差来控制循环泵的运行。用热水时，同样有两种取热水的方法：顶水法和落水法。顶水法是向贮水箱底部补充冷水（自来水），将贮水箱上层热水顶出使用；落水法是依靠热水本身重力从贮水箱底部落下使用。在强制循环条件下，由于贮
8、水箱内的水得到充分的混合，不出现明显的温度分层，所以顶水法和落水法都一开始就可以取到热水。顶水法与落水法相比，其优点是热水在压力下的喷淋可提高使用者的舒适度，而且不必考虑向贮水箱补水的问题；缺点也是从贮水箱底部进入的冷水会与贮水箱内的热水掺混。落水法的优点是没有冷热水的掺混，但缺点是热水靠重力落下而影响使用者的舒适度，而且必须每天考虑向贮水箱补水的问题。Q0—补给水带人系统的热量Q1—管路散热损失Q2—贮水箱的热量Q3—水箱散热损失QU—集热器获得的有用热量W1—水泵带入系统的能量图(c)所示为
