一种带光伏直流水泵的太阳能热水器热性能研究.pdf
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1、云南师范大学学报(自然科学版),2 0 2 4,4 4(2):3 1-3 3 h t t p s:/q k g j.y n n u.e d u.c nJ o u r n a l o fY u n n a nN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c e sE d i t i o n)D O I:1 0.7 6 9 9/j.y n n u.n s-2 0 2 4-0 2 0一种带光伏直流水泵的太阳能热水器热性能研究*覃雅致1,2,吴良豪3,付鸿凯1,2,李如剑1,2,高文峰*1,2(1.云南师范大学 能源与环境科学学院,云南 昆
2、明6 5 0 5 0 0;2.云南省农村能源工程重点实验室,云南 昆明6 5 0 5 0 0;3.云南火鹰太阳能热水器有限公司,云南 昆明6 5 0 2 0 6)摘要:对一套安装光伏直流水泵的横双排分离式全玻璃真空管太阳能热水系统的热性能进行试验,分析了光伏直流水泵对太阳能热水器热性能的影响.结果表明,与常规的自然循环系统相比,光伏直流水泵会使太阳能热水系统的日有用得热量减少0.7 7M J/m2,热效率降低4.5%,但贮热水箱内水温分布较均匀,贮热水箱上、下层热水的平均温差仅为1.4 6.关键词:光伏直流水泵;太阳能热水器;热性能;运行特性中图分类号:S 2 1 4.2 文献标志码:A 文章
3、编号:1 0 0 7-9 7 9 3(2 0 2 4)0 2-0 0 3 1-0 3 太阳能以其可再生、清洁、储量大和低成本等特点受到人们的青睐,太阳能热水器是太阳能热利用的主要方式,日太阳辐照量、集热器的倾角、环境条件、取水流量、初始水温、循环方式和有效集热面积等因素对其热性能均有较大影响1-9;研究表明,通过对太阳能热水系统加装水泵改善水流循环,能够提高系统的总集热量6,但水泵运行均需额外提供电力,而在某些偏远地区还存在电力供应不到位的情况,因此对一台传统横双排全玻璃真空管太阳能热水器加装一个光伏直流水泵,并进行得热量试验,探究光伏直流水泵对太阳能热水器热性能的影响.1 试验装置于云南昆明
4、(北纬2 5 0 2,东经1 0 2 4 2)搭建一套横双排分离式全玻璃真空管热水系统,如图1所示.试验装置由一台规格为5 0支5 81 8 0 0mm的横双排分离式全玻璃真空管太阳能热水器组成,其下循环管安装一个由一块5 W太阳能光伏板供电的1 2V直流水泵.太阳能集热器朝正南放置,倾角为1 5 .图1 光伏水泵驱动的横双排全玻璃真空管太阳能热水系统F i g.1 T h es c h e m a t i co fh o r i z o n t a ld o u b l e-r o wa l l-g l a s se v a c u a t e dt u b es o l a rw a t
5、e rh e a t i n gs y s-t e m w i t hP VD Cp u m p2 试验条件和试验方法试验参照G B/T1 8 7 0 8-2 0 0 2家用太阳热水系统热性能试验方法 相关规定进行.对开启光伏直流水泵(试验组)、关闭水泵(对照组)的太阳能热水系统均进行连续多天的试验,试验开始前确保水箱内的平均水温低于2 0,于90 0开始试验,1 70 0结束.试验期间日平均太阳辐照量*收稿日期:2 0 2 3-1 2-1 1基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 1 9 6 9 0 3 2,1 2 2 6 2 0 3 6).作者简介:覃雅致(1 9 9 9-),男,广西崇左
6、人,硕士研究生,主要从事太阳能热利用及计算流体力学方面研究.通信作者:高文峰.E-m a i l:4 1 3 9 0 0 0 9 6q q.c o m.分布在82 5M J/m2范围内,日平均环境温度8 tb 3 5,环境风速v 4m/s.试验测量以下参数:a)5个P T-1 0 0型温度传感器分别安装于太阳能热水系统的上、下循环管以及贮热水箱的上、中、下部,用于测量各处水温.b)利用CMP 1 1型太阳总辐射表测量集热器平面上的太阳辐照量.c)利用M e t e o T e m pRH+T+P R E S S UR E型温、湿、压传感器测量周围环境温度.d)使 用HQ C-F S 1型 风
7、速 传 感 器 测 环 境风速.e)利用水表测量太阳能热水系统容水量.f)使用H-C R 1 0 0 0 X型数据采集仪记录实时数据.热水系统在太阳辐照量为1 7 M J/(m2d)时的日有用得热量q1 7和热效率的计算分别参照G B/T1 9 1 4 1-2 0 1 1家用太阳能热水系统技术条件 规定和文献1 0进行.3 试验结果与分析从连续多天的试验数据中选取对照组和实验组太阳辐照度与环境温度相近的两组数据进行分析,太阳辐照度与环境温度变化如图2所示,两日的太阳辐照度在1 30 01 40 0之间达到最大值,最大值在1 0 5 0W/m2左右,之后逐渐减小,于1 90 0至1 93 0之间
8、减小为0;两日的环境温度从90 0开始升高,于1 60 01 70 0之间达到最大值,最大值均在2 4 附近,试验期间平均环境空气温度相差不大.图2 太阳辐照度和环境温度F i g.2 S o l a r i r r a d i a n c ea n da m b i e n t t e m p e r a t u r e3.1 热性能参数分析计算得到试验组和对照组的日有用得热量和热效率如表1;在相近条件下,试验组与对照组相比,q1 7减少0.7 7M J/m2,热效率降低4.5%,这是因为试验期间光伏直流水泵加快了热水系统内的水循环,传热更加迅速,使得热水的热量更快散失,系统的热损失增大.表
9、1 日有用得热量试验数据T a b l e1 E x p e r i m e n t a l d a t ao fd a i l yu s e f u l e n e r g yt e s t组别平均环境风速/(ms-1)平均环境温度/q1 7/(M Jm-2)/%试验组2.6 52 1.1 89.35 4.7对照组2.1 82 1.1 91 0.0 75 9.23.2 运行特性分析为进一步探究光伏直流水泵对太阳能热水系统的影响,监测了9 0 0 2 0 0 0热水系统循环管内的水温和水箱内的水温随时间的变化,如图3和图4所示.由图3可看出,试验组上、下循环管内的水温较为接近,平均温差为8.1
10、 2,对照组上、下循环管内的水温差较大,平均温差为3 5.0 8;试验组下循环管水温在1 80 0出现明显降低,表明该时刻太阳辐射减弱,直流水泵停止工作,循环管内的水开始散热降温.图4显示试验组贮热水箱内上、下层热水的平均温差仅为1.4 6,几乎不存在水温分层现象;对照组贮热水箱内水温分层现象较明显,上、下层水的平均温差达到1 9.5 1,造成上述现象的原因是光伏直流水泵加速了试验组系统内水的循环,使得水的掺混更剧烈,热量传递更迅速,于是贮热水箱内水温分布较均匀,温差较小;这能够提高用户端用水的舒适度,并减少水箱出水位置上方的死水层,减少结垢.图3 上下循环管温度变化F i g.3 T e m
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