《太陽能熱利用基礎(chǔ)》課件

太陽能熱利用基礎(chǔ)太陽能熱利用是一種可持續(xù)的能源技術(shù)，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，廣泛應(yīng)用于建筑物供暖、熱水供應(yīng)和工業(yè)過程。課程大綱太陽能熱利用概述介紹太陽能熱利用的基本概念、發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域和未來展望。太陽能基本知識講解太陽輻射的性質(zhì)、強(qiáng)度、測量方法以及太陽能資源分布。太陽能熱能轉(zhuǎn)換探討不同類型太陽能集熱器的原理、結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，以及熱能轉(zhuǎn)換過程中的熱力學(xué)分析。太陽能熱利用系統(tǒng)重點(diǎn)介紹太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能采暖系統(tǒng)和太陽能制冷系統(tǒng)的組成、工作原理、性能評價(jià)以及應(yīng)用案例。太陽能熱利用概述熱水供應(yīng)太陽能熱水器利用太陽能加熱水，為家庭、商業(yè)和工業(yè)提供熱水。電力生產(chǎn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，提供可再生能源?？臻g供暖太陽能供暖系統(tǒng)使用太陽能加熱空氣或水，為建筑物提供溫暖。海水淡化太陽能蒸餾系統(tǒng)利用太陽能將海水蒸發(fā)，然后冷凝成淡水，解決水資源短缺問題。太陽能基本知識太陽太陽是地球能量的主要來源，為地球生命提供熱量和光照。地球地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)，接收太陽輻射能量，用于各種應(yīng)用。太陽能太陽能是指來自太陽的輻射能量，可用于加熱、發(fā)電、照明等。太陽能利用太陽能利用是指將太陽能轉(zhuǎn)換為可利用的能源形式，如熱能或電能。太陽輻射的性質(zhì)太陽輻射是指太陽向外發(fā)射的電磁波，它包含了各種波長的輻射，其中可見光只占很小一部分。太陽輻射具有以下性質(zhì)：1能量太陽輻射能量巨大，是地球能量的主要來源。2波長太陽輻射包含各種波長，從紫外線到紅外線。3方向太陽輻射以平行光束的形式傳播，方向?yàn)閺奶栔赶虻厍颉?強(qiáng)度太陽輻射強(qiáng)度隨著太陽高度角的變化而變化，中午最強(qiáng)。太陽輻射的測量輻射計(jì)輻射計(jì)用于測量太陽輻射強(qiáng)度。常用的輻射計(jì)類型包括熱電偶輻射計(jì)、熱電堆輻射計(jì)和光電二極管輻射計(jì)。測量方法直接測量是指直接測量太陽輻射強(qiáng)度，間接測量則是通過測量其他相關(guān)參數(shù)來推算太陽輻射強(qiáng)度。數(shù)據(jù)采集與處理測量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行采集、處理和分析，得到準(zhǔn)確的太陽輻射數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理包括校正、濾波和插值等。測量環(huán)境影響太陽輻射測量受天氣、地理位置和時(shí)間的影響。需要考慮這些因素對測量結(jié)果的影響。太陽能熱能轉(zhuǎn)換1熱能轉(zhuǎn)換太陽能轉(zhuǎn)化為熱能2熱量收集利用集熱器吸收太陽輻射熱3熱能存儲將熱能儲存起來以備使用4熱能利用將熱能用于熱水、采暖、制冷等太陽能熱能轉(zhuǎn)換過程包括熱能收集、熱能儲存、熱能利用三個(gè)步驟。太陽能熱水器、太陽能采暖系統(tǒng)、太陽能制冷系統(tǒng)等都是利用太陽能熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。平板集熱器平板集熱器是太陽能熱利用中最常見的類型之一，也是最簡單的類型。平板集熱器主要由吸收板、玻璃蓋板、保溫層、集熱器框等組成。平板集熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能采暖系統(tǒng)等。集熱器類型和結(jié)構(gòu)平板集熱器平板集熱器結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。廣泛應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能采暖系統(tǒng)，太陽能制冷系統(tǒng)等。真空管集熱器真空管集熱器熱效率高，抗寒性能強(qiáng)。適用于寒冷地區(qū)或冬季熱水需求較高的家庭。集熱器熱力學(xué)分析集熱器熱力學(xué)分析主要涉及熱量傳遞和能量守恒原理，分析集熱器在不同條件下的熱效率和熱損失。分析內(nèi)容包括太陽輻射能量吸收、熱量傳遞過程、熱損失分析、熱效率計(jì)算等，涉及熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)等學(xué)科知識。集熱器熱性能影響因素11.環(huán)境因素太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度、風(fēng)速等環(huán)境因素會影響集熱器的熱量吸收和傳遞。22.集熱器結(jié)構(gòu)集熱器的尺寸、材料、角度、以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)都會影響其熱效率。33.流體參數(shù)流體的性質(zhì)，例如流速、流量和溫度，會影響熱量傳遞的速率和效率。44.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的性能和設(shè)置，如流量控制和溫度調(diào)節(jié)，會影響集熱器的熱性能和效率。集熱器熱性能測試1測試環(huán)境準(zhǔn)備測試環(huán)境需要模擬實(shí)際使用情況，包括陽光照射強(qiáng)度、環(huán)境溫度、風(fēng)速等因素。2熱性能指標(biāo)測試測試集熱器效率、熱損失系數(shù)、溫度變化等指標(biāo)，評估其性能表現(xiàn)。3數(shù)據(jù)分析與評估對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出集熱器性能評價(jià)結(jié)論，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。太陽能熱水系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)利用太陽能熱水器將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，用于加熱生活用水。廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、學(xué)校等場所，為人們提供清潔、高效的熱水供應(yīng)。太陽能熱水系統(tǒng)組成11.集熱器將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并加熱水。22.儲水箱儲存加熱后的熱水，確保持續(xù)供應(yīng)。33.循環(huán)系統(tǒng)將熱水從集熱器輸送到儲水箱，并循環(huán)。44.控制系統(tǒng)控制熱水系統(tǒng)的工作流程和溫度。系統(tǒng)熱力學(xué)分析熱效率吸收的太陽能轉(zhuǎn)化為有效熱能的比例能量平衡分析系統(tǒng)各組件的能量輸入、輸出和損失熱損失傳熱、對流和輻射造成的能量損失溫度分布分析系統(tǒng)各組件的溫度變化和熱量傳遞情況熱力學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型，模擬系統(tǒng)熱力學(xué)行為系統(tǒng)性能測試與評價(jià)1實(shí)驗(yàn)測試通過實(shí)地實(shí)驗(yàn)，測量系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2數(shù)據(jù)分析分析測試數(shù)據(jù)，評估系統(tǒng)的效率和可靠性。3性能評價(jià)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，對系統(tǒng)性能進(jìn)行綜合評價(jià)。系統(tǒng)性能測試是評估太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性的重要手段。測試過程包括實(shí)驗(yàn)測試、數(shù)據(jù)分析和性能評價(jià)三個(gè)步驟。太陽能采暖系統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)利用太陽能為建筑物提供熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的采暖效果。系統(tǒng)主要包括太陽能集熱器、儲熱裝置、循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，通過太陽能集熱器吸收太陽能，將熱量儲存在儲熱裝置中，并通過循環(huán)系統(tǒng)將熱量輸送到建筑物進(jìn)行采暖。太陽能采暖系統(tǒng)類型直接式太陽能采暖系統(tǒng)直接式系統(tǒng)利用太陽能直接加熱空氣或水，然后通過風(fēng)機(jī)或水泵將熱量輸送到室內(nèi)。直接式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，但對氣候條件要求較高，冬季寒冷地區(qū)效果不佳。間接式太陽能采暖系統(tǒng)間接式系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，存儲起來，再通過熱交換器將熱量傳遞到室內(nèi)。間接式系統(tǒng)不受氣候條件限制，適合各種氣候條件，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。系統(tǒng)熱力學(xué)分析熱損失分析傳熱損失對流損失熱量平衡方程熱量輸入熱量輸出系統(tǒng)效率熱量利用率能量轉(zhuǎn)換效率系統(tǒng)性能影響因素氣候條件太陽輻射強(qiáng)度、氣溫、風(fēng)速等氣候因素影響系統(tǒng)效率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)集熱器類型、面積、角度等參數(shù)對系統(tǒng)性能有重要影響。運(yùn)行維護(hù)定期清潔、維護(hù)保養(yǎng)可保持系統(tǒng)高效運(yùn)行。用戶行為用戶使用習(xí)慣、水溫設(shè)定等因素也影響系統(tǒng)效率。太陽能制冷系統(tǒng)屋頂安裝太陽能制冷系統(tǒng)通常安裝在屋頂上，利用陽光直接照射到集熱器上?？照{(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，驅(qū)動吸收式制冷機(jī)，生產(chǎn)冷氣。系統(tǒng)示意圖包括集熱器、吸收式制冷機(jī)、儲熱裝置和控制系統(tǒng)等部分。太陽能制冷系統(tǒng)工作原理太陽能熱能吸收太陽能集熱器吸收太陽輻射，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。制冷劑循環(huán)熱能用于驅(qū)動制冷劑循環(huán)，制冷劑從低溫環(huán)境吸收熱量，并將其轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境。熱量排放制冷劑在高溫環(huán)境中釋放熱量，通常通過冷卻塔或其他熱交換器。低溫環(huán)境制冷制冷劑在低溫環(huán)境中吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)制冷效果。系統(tǒng)構(gòu)成及熱力學(xué)分析集熱系統(tǒng)利用太陽能集熱器吸收太陽輻射，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。制冷系統(tǒng)吸收式制冷機(jī)利用熱能驅(qū)動制冷循環(huán)，產(chǎn)生冷量。儲能系統(tǒng)儲能系統(tǒng)用于儲存白天收集的太陽能熱量，以滿足夜晚或陰天時(shí)的制冷需求。循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)將熱能傳遞至吸收式制冷機(jī)，驅(qū)動制冷循環(huán)。系統(tǒng)性能評價(jià)太陽能制冷系統(tǒng)性能評價(jià)主要評估其在不同工況下的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。這將包括對系統(tǒng)熱力學(xué)效率、制冷量、能耗、經(jīng)濟(jì)性等關(guān)鍵指標(biāo)的分析。80%熱力學(xué)效率反映系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換為冷能的效率，一般用COP值表示。15kW制冷量指系統(tǒng)在特定條件下產(chǎn)生的制冷能力，單位為千瓦（kW）。$1000運(yùn)行成本包括系統(tǒng)安裝、維護(hù)、能耗等方面的費(fèi)用。10年回報(bào)期指投資回收所需的時(shí)間，反映系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。通過這些指標(biāo)的綜合分析，可以評估太陽能制冷系統(tǒng)的整體性能，并為設(shè)計(jì)優(yōu)化和應(yīng)用推廣提供參考。太陽能熱利用的發(fā)展趨勢技術(shù)創(chuàng)新高效率太陽能集熱器和儲熱系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，提高系統(tǒng)性能。智能化應(yīng)用太陽能熱利用系統(tǒng)與智能家居、物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能控制和優(yōu)化。多元化應(yīng)用太陽能熱利用技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，涵蓋建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等。可持續(xù)發(fā)展太陽能熱利用作為清潔能源技術(shù)，在應(yīng)對氣候變化、節(jié)能減排方面發(fā)揮重要作用。太陽能熱利用技術(shù)應(yīng)用太陽能熱利用技術(shù)應(yīng)用廣泛，涵蓋住宅、商業(yè)建筑、工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。住宅應(yīng)用包括太陽能熱水器、采暖系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等。商業(yè)建筑應(yīng)用包括太陽能空調(diào)、太陽能熱水系統(tǒng)等。工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用包括太陽能蒸汽發(fā)生器、太陽能干燥設(shè)備等。太陽