开题报告-直通管空气集热器热性能研究

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1、一、课题的来源及意义：最近这些年来，我国的经济规模每年都在迅速扩大，伴随着经济的发展能源消耗速度也在逐年快速增大，然而能源的利用效率却始终没有得到良好的改善，处于低端水平。建筑是耗能大户，建筑物在建造和运行过程中需要消耗大量的自然资源和能源，是温室气体排放的主要来源之一。国际能源署(IEA)指出，建筑能耗占世界终端能耗总量的35%,是最大的终端用能部门⑴。据统计我国建筑能耗已占到社会总能耗的30.2%,随着人民生活水平的提高，建筑能耗占社会总能耗的比重会越来越高⑵。在未来我国社会和经济不断发展的情况下，如果人均建筑

2、能耗达到发达国家水平，建筑能耗总量将大大提高，甚至大大超过国家能耗总量40亿tec的上限，严重威胁国家能源安全⑶。如何实现可持续发展，如何实现人与环境和谐共生，资源、能源和环境已成为新世纪人类所面临的共同问题。寻找可替代传统化石能源的可再生能源已经成为我们人类走可持续发展道路的根本途径，以求解决人类面临的能源危机和环境保护严峻形势。众所周知，太阳能作为清洁能源，具有就地取用、取之不尽、用之不竭，且没有污染产生，是人类可利用的洁净可再生能源。随着目前太阳能利用技术在建筑中的普及与提高，这将推动减少建筑中使用常规能源的

3、比例，同时也是发展可再生能源的重要出路。太阳能热水供应、太阳能采暖、太阳能光伏产业的大规模推广对于我国的节能减排和社会的可持续发展具有重大的现实意义。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》于2006年2月颁布，国务院明确指出在能源领域和城镇化与城市发展领域可再生能源可以优先发展⑷。在工程的开发利用设计中考虑将太阳能纳入到建筑中，使得太阳能在建筑中得到有效的利用，并且使其与整个建筑融为一体，这就是所谓的太阳能与建筑一体化技术。目前研究太阳能与建筑一体化，也主要是考虑把平板型集热器嵌入墙体构成集热蓄热墙，另外研究真空管集

4、热器性能的人非常多，也已经很成熟，但是针对一种新型直通式太阳能真空玻璃管，及直通式真空管空气集热器太阳能供暖装置热性能研究还比较少，本文将重点研究这种直通式真空管空气集热器热性能展开研究。二、简述该领域目前的国内外先进水平国内外很多科研机构及单位都已经开始从事太阳能与建筑一体化热利用这方面的研究工作。研究内容有太阳能建筑热水利用与太阳能建筑采暖这两大块，以下主要为这两方面的国内外研究现状。(一)国内有关太阳能与建筑一体化热利用的研究现状何梓年⑸等人设计了一种新型的热管式真空管太阳能集热器，建立了这种集热器的热网络图

5、以分析其热性能，以便具体分析其传热过程，得出了热管式真空管太阳能集热器的效率因子、热转移因子以及总热损系数的计算方法，在北京地区使用这种太阳能集热器进行实验，结果发现理论计算值与试验测试值基本一致。北京建筑大学的安玉娇⑹等人针对U型玻璃真空管集热器进行研究，建立了其数学模型，得出了计算热转移因子、总热损失系数与热效率因子的公式。利用建立的计算模型，模拟分析U型玻璃真空管集热器热性能的影响因素，根据模拟结论为这种真空管集热器的优化设计提供理论支持。在这种真空管集热器内部内置波浪式铝翼，将该优化方案用FLUENT模拟分

6、析，结果对比发现优化后的空管集热器能够将热效率增加6%左右。王志峰⑺针对全玻璃真空管太阳能空气集热器进行了研究，得出了四个参数的计算式：热延迟常数、时间常数、角系数修正因子和瞬时热效率。实验结果表明与时间常数相比，热延迟常数更能反映全玻璃真空管太阳能空气集热器的热性能，实验测定的热延迟常数是19.2min;实验研究结果还说明了使用空气与水作为集热器的工作介质，其计算出来的瞬时效率相差较小，这反映了全玻璃真空管太阳能空气集热器具有较高的实际应用价值。东南大学戴薇薇和王军罔等人针对外层玻璃，内层金属，内外层为真空夹层的

7、直通式金属■玻璃真空集热管，建立了这种直通管的热损失网络图，具体分析了它的热损失，从而建立起直通式金属■玻璃真空集热管的热损失数学模型，基于该数学模型使用Matlab软件建立了计算其热性能各个参数的界面并与实验测试结果进行对比，研究发现两者结果基本吻合，利用已得到验证的数学模型可以较为准确地预测直通式金属■玻璃真空集热管的热性能，并为该真空集热管的优化设计提供理论支持。昆明理工大学葛众冏等人对一种内外层均为玻璃管，内层玻璃管里装有吸热管，吸热管与內层玻璃管之间抽成真空并插有翅片的直通式太阳能真空管，针对直通式太阳能

8、真空管的热损失过程分析，得到其热损失主要是有四部分组成：吸热管与內层玻璃管之间的辐射换热、内外层玻璃管之间的辐射换热、外层玻璃管与外界环境之间的对流换热以及玻璃管外壁与天空之间的辐射换热，然后对其进行数学建模，利用数学模型可以很好地预测该真空管的瞬时效率，并分析研究了瞬时效率的变化规律。上海理工大学刘丽霞与于国清I⑼等人对与建筑一体化的太阳能真空集热管这种一