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《南京师范大学》 2019年
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真空热管太阳能和冷凝燃气锅炉耦合系统应用研究

刘俊彪  
【摘要】:当前我国的能源消耗仍然以煤和石油为主,带来了严重的环境污染问题,引起了社会的广泛关注。加快推动清洁环保能源的开发和利用的呼声越来越高,天然气的燃烧排放物对环境影响很小,是一种很好的替代能源。本文针对真空热管太阳能和冷凝燃气壁挂炉耦合系统,进行了理论分析、实验研究和数值模拟,主要研究结果如下:首先,根据日使用生活热水300L,设定温度为60℃为例,对真空热管式太阳能和冷凝燃气壁挂炉耦合系统设计计算。分别对真空热管集热器、蓄热水箱、水泵等部件进行设计计算和选型。其次,根据设计计算和实际情况搭建实验台,详细提出了测试方法和要求,分别对纯冷凝壁挂炉加热工况、纯太阳能加热工况、耦合系统混合加热工况下的系统运行情况进行测试,并在纯冷凝壁挂炉加热模式下,进行静态加热实验和动态加热实验。在太阳能辐射不足的情况下,先由太阳能加热生活热水,平均加热速度为0.28℃/min。当太阳能集热系统停止加热,由冷凝壁挂炉提加热到预设温度,平均加热速度为0.9℃/min,可以有效地缓解了太阳能不足的情况。根据测试数据对冷凝燃气壁挂炉的热效率和耦合系统能效比进行分析,重点研究了冷凝壁挂炉供水温度与生活热水温度加热温差和生活热水使用流量对冷凝燃气壁挂炉热效率的影响。当其他条件一定时,生活热水加热温差为10℃,冷凝燃气锅炉的平均热效率为72%;加热温差为37℃,冷凝燃气锅炉平均热效率为94%。当加热温差均为10℃时,生活热水流量为5 L/min时,冷凝燃气壁挂炉平均热效率为69%;流量为10 L/min时,冷凝燃气壁挂炉平均热效率为78%。当加热温差均为20℃时,生活热水流量为5 L/min时,冷凝燃气壁挂炉平均热效率为80%;流量为10 L/min时,冷凝燃气壁挂炉平均热效率为88%。说明当其他条件一定时,生活热水加热温差和流量与冷凝燃气锅炉热效率成正比关系。并且通过分析原因是温差变大,换热器换热效率增大导致回水温度降低,流量变大而水箱内部温度分层发生变化,从而换热效率变大导致回水温度降低,结合冷凝壁挂炉热效率计算公式,可得出冷凝壁挂炉热效率提高的根本原因是回水温度的降低。通过Fluent对纯壁挂炉加热工况进行模拟计算,得出蓄热水箱在加热过程中会有热分层现象,分析了热水分层机理,通过模拟现象比较得出结论:进水速度越小热分层现象越明显;进水温度越高,热分层现象越稳定。并且通过模拟结果和实验现象提出利用热分层现象的改进方案,通过增大水箱内换热盘管的面积,不仅提高了产水率,而且使冷凝壁挂炉回水温度降低来提高其热效率。最后,以不同能源为燃料的几种生活热水方案进行比较,从节能性、环保性、经济性三个方面分析,太阳能+冷凝燃气锅炉将年运行耗量折算成标准煤仅为588.02kg,动态费用年值为4860.34元,系统寿命其内C0_2减排量共为42.295 t。结果均表明真空热管式太阳能和冷凝燃气壁挂炉耦合系统最具优势。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU822

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