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太阳能空气采暖系统变流量运行策略优化方法研究

张志成  
【摘要】:太阳能空气集热器近年来在建筑中得到普遍应用,是太阳能空气采暖技术研究的热点问题。由于太阳能空气集热器很容易受到室外天气影响使得其热性能具有不稳定性,从而影响太阳能建筑的热性能。因此,对太阳空气集热器热性能及其热传输过程的运行策略进行研究是十分必要的。近年来,许多学者试图采用不同控制方法以及控制策略来实现对太阳能空气集热器的最优化控制,但是并未综合考虑太阳能空气集热器性能的影响参数以及运行能耗的影响。本文围绕对本课题组所提出的壁挂式孔板太阳能空气集热器(Wall-mounted Solar Air Collector WSAC)所建立的换热模型以及模糊推理方法对其运行策略进行了研究。 本文首先针对WSAC的热性能进行了实验研究,对其不同流量下的热性能进行了分析,建立了换热模型。在此基础之上,利用TRNSYS软件建立了含WSAC的被动式太阳能房的仿真平台,并通过实验验证模拟结果的正确性。同时通过敏感性分析,得到太阳辐照度对WSAC的影响最大。并且,从能耗角度出发,研究了太阳辐照度、WSAC流量对WSAC瞬时热效率以及能耗的影响,得出在考虑风机能耗的情况下,随着送风量的增加,纯效率与瞬时热效率的差值逐渐增大。在太阳辐照度为300 W/m2时利用154m3/h的风量进行送风,纯效率比瞬时热效率减低了12.7%;而在太阳辐照度为650W/m2时,纯效率只比瞬时热效率减低了3.8%。 在此基础之上,本文提出了WSAC变流量控制策略,比较了WSAC在几种不同的控制策略,包括间歇运行、连续运行以及变流量运行下的运行效果。结果发现在考虑WSAC纯效率的情况下,变风量送风的运行效率优于连续运行和间歇运行方式,其中变风量送风模式与连续定风量送风相比节能37%。 最后本文通过所建立的含WSAC的被动式太阳能房仿真平台对变流量运行策略进行了研究。通过模糊推理的方式研究了在不同影响因素的运行策略下室内温度、风机能耗的特点,得到优化的变流量运行策略。研究结果表明,基于参数为太阳辐照度而定的变流量控制策略,系统运行效率最高,但是室内温度波动较大,日间最高可达31℃;基于室内温度变化的运行策略,系统运行效果最差。同时,在对规则分布连续的模糊控制器进行调试时发现,改变其隶属函数以及模糊规则,其控制特性稳定,且控制精度得到提升,可用于模拟更多工况下的运行策略。


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