一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算法，是在国家GB50364‑2005技术规范提供的计算集热总面积公式基础上创建，一是将计算集热器总面积表达式调整为计算集热器产水量算式，二是将公式中的平均日辐照量、水的初始温度由确定值，更改为逐日变化的随机变量值，三是将设计热水负荷从公式中分离出来，成为集热器产水量的基准值。通过多次聚类分析，提出了集热器面积、贮水箱容量、辅助加热装置容量配置的设计参数算法，并经海口、三亚、西沙三地太阳能热水工程的测算验证，实现了集热器、贮水箱、辅助加热装置三个主体设备符合太阳能辐射生产热水内在特征的最佳合理匹配，达到既省投资又节能的双赢效益。
A Design Parameter Formula for Reasonable Allocation of Main Equipment of Solar Hot Water Project
【技术实现步骤摘要】
一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式
本专利涉及太阳能热水工程设计领域，具体涉及一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式，简称本算法。
技术介绍
太阳能热水工程是由集热器、贮水箱、辅助加热装置及其传送冷、热水与控制运行的系统构成。目前在太阳能热水工程中，设计集热器、贮水箱与辅助加热装置容量的匹配方法一般采用的有三种，一是在日热水负荷已知后，按照国家建筑太阳能热水系统应用技术规范（GB50364-2005）中集热器总面积公式测算确定，二是根据制造商或开发商提供的晴天一支或一组真空管产水量（在设定的环境温度与平均日辐照量下进行），按已知的日热水负荷，进行总面积配置，三是采用国外F-Chartt等软件，输入多变量确定。但这些方法都是采用平均日太阳辐照量。平均环境温度等变量值输入，可统称为平均值法。这种平均值法只能准确测算一个点的产水值，而不能拟合出集热器产水量随辐射量不断变化的随机规律，测算集热器面积结果只能是近似值，一个点的产水值，更不能量化贮水箱与辅助加热设备容量。所以，在工程中，贮水箱与辅助加热设备容量通常是比照集热器设计热水负荷进行配置，即三者按1:1:1比例配置，或者称为同容量的双能源配置。这种配置的太阳能工程热水机组在不同纬度地区应用，存在以下问题：一是不能体现辐射能、气温等气象资源随机变化的特点；二是工程组件设计匹配不合理，只有集热器按国家规范的公式计算确定，而贮水箱与辅助加热设备容量则无公式计算确定，具有随意性，体现不出太阳辐射制热中的辅助功能角色；三是投资与节能达不到理想化效果。为解决上述问题，我们用统计学方法，以国家气象局和气候中心公布的各地区逐日辐射、逐日气温数据为基础，从系统研究气象资源入手，对GB-50364-2005提供的计算集热总面积公式进行了修正、调整与创新，建立了符合太阳辐射制热水的内在特点与规律的求解随机变量—集热器产水量算式，通过聚类分析，进而建立了的分项计算集热器面积、贮水箱与辅助加热装置容量的算式，为合理设计三大主体设备容量及其配置比例而研发出的一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式。这一算式是在专利号201010272073.8的“一种适宜热带地区太阳能热水工程主体设备配置的设计方法”基础上的改进与发展并经海口、三亚、西沙三地区太阳能热水工程主体设备的设计参数算法的验证。
技术实现思路
本算式所要解决的技术问题是：在国家GB50364-2005技术规范提供的计算集热总面积公式基础上创建，一是将现有技术规范计算集热器总面积公式调整为计算集热器产水量算式，二是将公式中的平均日辐照量、水的初始温度由确定值，更改为逐日变化的随机变化值，三是将设计热水负荷从公式中分离出来，成为集热器产水量的基准值，通过多次聚类分析，提出了集热器面积、贮水箱容量、辅助加热装置容量配置的设计参数算法，并经海口、三亚、西沙三地太阳能热水工程的测算验证，实现了集热器、贮水箱、辅助加热装置三个主体设备符合太阳能辐射生产热水内在特征的最佳合理匹配，达到既省投资又节能的双赢效益。为解决上述技术问题，采取的技术方案为：一是将国家GB-50364-2005技术规范提供的计算集热器总面积公式：Ac=QwCp(tend-ti)f/JTηcd(1-ηL)调整为计算集热器产水量随气象资源数据而变化的算式：∑Qx=∑AcJTηcd(1－ηL)/(tend－ti)Cpf式中Qx为集热器产水量，Ac为集热器总面积㎡，Qw为设计热水负荷或称人日均用水量T，JT为当地集热器采光面上日辐射量MJ/㎡，ηcd为集热器年平均集热效率%，ηL为贮水箱和管路的热损失率%，tend为贮水箱内水的设计温度℃，ti为水的初始温度℃，Cp为水的定压比热容MJ/（T•℃），f为太阳能保证率%；Ac为运算时的不变参数值，ηcd(1－ηL)/Cpf为经验取值，设为K,Ac与K作为常数提在∑JT/(tend－ti)前面，则算式简化为：∑Qx=KAc∑JT/(tend－ti)…………………(1)该式为本算式的基本算式之一，称为计算集热器产水量算式，它体现了集热器产水量随气象资源变化而变化的内在本质特征与客观规律,是设计集热器面积、贮水箱、辅助加热装置容量的计算依据；调整现有技术规范提供的计算集热器总面积公式为本算式的步骤是：第一、将Qw调整为Qx，而Qw作为本算法所有测算结果进行分析比较与分类的基准值；第二、将集热器产水量Qx调整为产出项，而集热器总面积调整为输入项，调整的实质是在Ac、ηcd、ηL、Cp、f、设置为经验取值与不变参数值后，Qx随JT、tend、ti实测值的不同而变化，并与工程设计热水负荷Qw进行互动比较，将集热器、贮水箱与辅助加热设备连接为一个有机系统，实现三者的最佳匹配；第三、为体现气象资源的随机性特点，将年平均日辐射量JT与年平均日气温ti调整为逐日辐射量∑JT与逐日气温∑(tend－ti)，即由确定值输入值，调整为两组365天的随机变量输入值，输入项为随机变量，则输出的产水量也是一组随机变量值∑Qx；理由是：从辐射制热的原理看，集热器产水量Qx与设计热水负荷或用户日均用水量Qw是两个不同定义的量，日均用水量是指太阳能热水工程必须为用户提供的日用水量，是工程的目标值，本算式称为基准值，用Qw表示，是一个确定值；而集热器产水量（简称产水量）则是随辐射与气温变化而变化的随机变量，是一个不确定量，用Qx表示。Qx与Qw会呈现三种状态，一是Qx=Qw的状态，这是现行技术规范公式要求的状态；二是Qx<Qw的状态，产水量达不到设计热水负荷要求，就要用辅助加热装置补加水量；三是Qx>Qw的状态，就要用贮水箱多存储超产水量。在工程运行中，三种状态出现的几率是Qx>Qw和Qx<Qw远远大于Qx=Qw，可以说Qx=Qw是辐射制热水过程中的特例；因此需要采用本算法对现行技术规范公式进行调整、补充和完善；二是编制集热器逐日产水量运算表，按计算集热器产水量算式（1）的要求，以Excel作为平台或设计专用软件，编制不同地区1年365天的集热器逐日产水量运算表；三是计算集热器面积、贮水箱与辅助加热装置容量及其匹配比例，以设计热水负荷Qw为基准值，应用聚类分析法，对∑Qx中的Qx进行分类统计，建立求解集热器面积、贮水箱与辅助加热装置容量的计算公式。附图说明图1为相同设计热水负荷下海口、三亚、西沙太阳能热水工程中集热器逐日产水量排序分析图。具体实施方案以海口、三亚、西沙三地太阳能热水工程为例，用本算法求解日产55℃、80吨热水负荷所需配置的集热器面积和贮水箱、辅助加热装置容量，并与现有测算方法结果进行比较；一是计算集热器总面积，步骤是：第一、应用本算式的基本算式（1），输入三地太阳能热水工程中逐日辐射量与初始气温基础数据及其他经验取值，求解出集热器逐日产水量、累计产水量与平均日产水量；第二、将不同方法测算集热器面积的日产水量，按地区进行归类、比较与分析，结果示于表1：表1三地不同类型确定集热器面积方法的比较从表1可知，用本算法计算集热器面积，比规范公式测算面积更准确，因为逐日辐射量与逐日气温比年平均日值的输入，更符合集热器产水量随机气象数据变化的特色。这样确定的集热器面积，既能达到设计热水负荷的要求，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式，其特征在于：一是将现行GB‑50364‑2005技术规范提供的计算集热器总面积公式：Ac = QwCp(tend ‑ ti)f/ JTηcd (1‑ηL)调调为计算集热器产水量随气象资源数据而变化的算式 ：∑Qx=∑AcJTηcd(1－ηL)/(tend－ti)Cpf＝Ac JTηcd(1－ηL)/ Cpf∑JT/(tend－ti)式中Qx为集热器产水量，Ac为集热器总面积㎡，Qw为设计热水负荷T， JT为当地集热器采光面上日辐射量MJ/㎡，ηcd为集热器年平均集热效率%，ηL为贮水箱和管路热损失率%，tend为贮水箱内水的设计温度℃，ti为水的初始温度℃，Cp为水的定压比热容MJ/(T·℃)，f为太阳能保证率%；设Ac为运算时的不变参数值，ηcd(1－ηL)/Cpf为经验取值设为K, Ac与K作为常数提在∑JT/(tend－ti)前面，则∑Qx= KAc∑JT/(tend－ti)…………………(1)该式为本算法的基本算法之一，体现了集热器产水量随气象资源变化而变化的内在本质特征与客观规律,是设计集热器面积、贮水箱容量、辅助加热装置容量的计算依据；调整现有技术规范提供的计算集热器总面积公式为本算式的步骤是：第一、将Qw调整为Qx，而Qw作为本算法所有测算结果进行分析比较与分类的基准值；第二、将集热器产水量Qx调整为产出项，而集热器总面积调整为输入项，调整的实质是 在Ac、ηcd、ηL、Cp 、f、设置为经验取值与不变参数值后，Qx随JT、tend 、ti实测值的不同而变化，并与工程设计热水负荷Qw进行互动比较，将集热器、贮水箱与辅助加热设备连接为一个有机系统，实现三者的最佳匹配；第三、为体现气象资源的随机性特点，将年平均日辐射量JT与年平均日气温ti调整为逐日辐射量∑JT与逐日气温∑(tend－ti)，即由确定值输入值，调整为两组365天的随机变量输入值，输入项为随机变量，则输出的产水量也是一组随机变量值∑Qx；二是编制集热器逐日产水量运算表，按计算产水量算式（1）的要求，以Excel作为平台或设计专用软件，编制不同地区1年365天的集热器逐日产水量运算表；三是计算集热器面积、贮水箱与辅助加热装置容量及其匹配比例，以设计热水负荷Qw为基准值，应用聚类分析法，对∑Qx中的Qx进行分类统计，建立求解集热器面积、贮水箱与辅助加热装置容量的计算公式。...
【技术特征摘要】
1.一种合理配置太阳能热水工程主体设备的设计参数算式，其特征在于：一是将现行GB-50364-2005技术规范提供的计算集热器总面积公式：Ac=QwCp(tend-ti)f/JTηcd(1-ηL)调调为计算集热器产水量随气象资源数据而变化的算式：∑Qx=∑AcJTηcd(1－ηL)/(tend－ti)Cpf＝AcJTηcd(1－ηL)/Cpf∑JT/(tend－ti)式中Qx为集热器产水量，Ac为集热器总面积㎡，Qw为设计热水负荷T，JT为当地集热器采光面上日辐射量MJ/㎡，ηcd为集热器年平均集热效率%，ηL为贮水箱和管路热损失率%，tend为贮水箱内水的设计温度℃，ti为水的初始温度℃，Cp为水的定压比热容MJ/(T·℃)，f为太阳能保证率%；设Ac为运算时的不变参数值，ηcd(1－ηL)/Cpf为经验取值设为K,Ac与K作为常数提在∑JT/(tend－ti)前面，则∑Qx=KAc∑JT/(tend－ti)…………………(1)该式为本算法的基本算法之一，体现了集热器产水量随气象资源变化而变化的内在本质特征与客观规律,是设计集热器面积、贮水箱容量、辅助加热装置容量的计算依据；调整现有...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜佳，刘容，刘玉龙，王长安，汪国杰，
申请(专利权)人：湖南省农村科技发展中心，
类型：发明
国别省市：湖南,43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。