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太阳能/燃气混合热水系统联合效率研究

DOI:10.1016/j.applthermaleng.2018.12.086 期刊:Applied Thermal Engineering 出版年份:2018 更新时间:2025-09-04 15:30:14
摘要: 在美国太平洋西北部等太阳辐射季节性变化显著的气候区域,太阳能集热器可能无法经济地满足全年生活热水需求,需配置辅助设备(如天然气热水器)。既往研究表明,燃气热水器的燃烧效率会随冷流体(水)与热流体(燃烧气体)之间的对数平均温差而变化。在太阳能/燃气混合热水系统中,太阳能提供的部分加热会降低燃气热水器的对数平均温差值,从而降低燃气燃烧器效率。由于这种效率下降程度取决于太阳能预加热量,因此难以准确预测不同气候条件下太阳能/燃气混合热水器的实际节能效益。为预测不同设计条件下的真实能耗与成本节约,必须深入理解太阳能/燃气混合系统的性能表现。 本研究旨在通过实验测定俄勒冈州科瓦利斯市一套配备6.44平方米平板太阳能集热阵列与22.3千瓦天然气燃烧器的混合热水系统热力性能。在不同温升幅度和太阳辐照度条件下,系统分别以太阳能模式、燃气模式及混合模式运行,计算各模式的整体系统热效率。结果显示:太阳能集热系统在初始水温20°C、30°C和51.5°C时的效率分别为41.97%、39.82%和35.05%;燃气燃烧器在初始水温20°C、30°C和51.5°C时,按高热值(HHV)计算的效率为69.2%、66.4%和65.5%,按低热值(LHV)计算则为76.7%、73.6%和72.6%。在混合加热模式下,燃气燃烧器效率随太阳能占比增加而下降——当太阳能占比为4.93%、9.40%、11.39%和14.27%时,基于天然气高热值的燃烧器效率分别为69.08%、66.80%、66.17%和65.18%?;谑笛槭?,研究提出了能提升混合加热系统整体效率的优化配置方案。
作者: Saroj Karki,Karl R. Haapala,Brian M. Fronk
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研究概述 实验方案 设备清单

在俄勒冈州科瓦利斯市,采用6.44平方米平板太阳能集热器阵列与22.3千瓦天然气燃烧器的太阳能/燃气混合热水系统,通过实验测定其在不同温升和太阳辐照度条件下的热性能。

在混合系统中,燃气燃烧器的效率会随着太阳能比例的增加而降低。将供暖系统分开配置可减少15%-50%太阳能比例下的燃气消耗量,从而实现更精确的成本和可行性分析。

该研究仅限于特定的太阳能/燃气混合热水系统配置,可能不直接适用于其他系统或气候条件。

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