蓄热水箱温度分层模型与分析_罗艳.doc

2 0 0 8 年第 1 2 期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 (总第 3 1 7 期) 节　 　 　 能 E N E RGY CON SE RVA T ION 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 — 1 5 — 蓄热水箱温度分层模型与分析 罗　 艳,汤金华 (中国瑞林工程技术有限公司 ,江西 南昌 3 3 0 0 0 2 ) 摘要 :利用多节点模型描述蓄热水箱温度分层 , 将这种模 型应用 到太阳能 生活供 热系统 中 , 研 究温度 分 层对太阳能供热系统性能的影响 。 研究表明 :水箱温度分层显 著提高集热器效率 , 对平板 集热器的 影响 大于真空管集热器 。 用水模式 、供水温度 、供回水温差 , 对水箱温度分层 都有影响 。 关键词 :蓄热水箱 ;多节点模型 ;温度分层 中图分类号 :T K 5 1 3 .5 　 文献标识码 :A 　 文章编号 :1 0 0 4 -7 9 4 8 (2 0 0 8 )1 2 -0 0 1 5 -0 4 引言 进入水箱 ;当 T c ,o 介于 T s , 1 、T s ,2 之间时 , 热水从第 在太阳能利用系统中设置蓄热装置是解决间歇 二节点进入;当 T c , o 介于 T s ,2 、T s ,3 之间时 ,热水从 性和不可靠性问题的最有效太阳能利用方法之一 。 第三节点进入 ;T c ,o ≤T s ,3 时, 系统停止运行 。自来 目前普遍采用蓄热水箱作为蓄热装置。由于不同温 水上水温度为 T L ,r , 自来水上水进口位置的控制方 度水的密度不同 ,因此蓄热水箱会实现不同程度的 法 ,与此相似 。 温度分层, 保持蓄热水箱的良好分层能提高太阳能 的保证率 。 蓄热水箱的温度分层与水箱的结构 、水温 、进出 水流的温度和流量等多种因素相关 ,要对其进行准 确地描述和预测十分困难, 目前主要有两种方法描 述蓄热水箱的温度分层 :多节点模型(m u l t i n o d e )和 插栓流(p l u g f l o w )模型。本文主要介绍多节点模 型,然后将这种模型应用到太阳能生产和生活热水 供应系统中,利用全年逐时模拟分析,研究温度分层 对太阳能供热系统性能的影响 。 1 水箱温度分层多节点模型 图 1 　 三节点分层蓄热水箱示意图 多节点模型的基本思想是 ,将水箱沿竖直方向 　 　 上述热水与自来水进口位置控制功能可用数学 分成多个层,每个层即为一个节点 ,每个节点内完全 方法描述如下: 混合 ,有一个温度,不同的节点温度可不同。对于太 阳能集热系统来说 ,由于希望集热器进水温度尽可 能低 ,因此集热器回水进口总是位于最下端, 而取用 的热水一般希望它的温度尽可能高 ,因此供应热水 的出口位于最上端 ;集热器出水和自来水(或者回 水)入口设置专门的进出口装置,使之能自动寻找最 佳的温度层进入水箱 。对于多入口水箱的多节点模 型,描述的是温度分层较理想的状态,而实际的分层 效果一般达不到这个程度 。下面以三节点的水箱为 例,介绍多节点数学模型(见图 1 )。 　 　 蓄热水箱内 3 个节点温度从上到下分别为 T 、T 和 T , 且 T T T 。集热器的 s , 1 s , 2 s ,3 s , 1 s , 2 s , 3 c , i 表示节点序号 ,用来描述水 　 　 (1 )定义函数 F i 箱的哪层接受集热器的出水 。 1 , 　 i =1 ≥T c o , T s , i 1 , 　 T s , i -1 ≥T c o T s , i F i c = 0 , 　 i =0 或者 i =N +1 0 , 　 其他 L ,用来描述水箱的哪层接受自 (2 )定义函数 F i 来水上水。 1 , 　 i =N , T L , r T s , N 1 , 　 T s , i -1 ≥T L , r T s , i F i L = 0 , 　 i =0 或者 i =N +1 0 , 　 其他 出水温度为 T c , o , 当 T c , o T s , 1 时, 热水从第一节点  　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 — 1 6 — 节 　 　 　 能 E N E RGY CON SE RVA T ION 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 2 0 0 8 年第 1 2 期 (总第 3 1 7 期) 由于水的流动(进水、出水),质量流量为 m , 节 式中 :C c —集热器的热容量;A c —集热器采光面积; 点与节点之间也必然存在着相互混合,混合程度与集 I t θ—集热器接受到的太阳能辐射照度;τα—盖 热器流量、负荷流量