跳到主要内容

热管式太阳能集热器

元件定义​

该元件指热管式太阳能集热器的设备设施。利用热管式真空集热管来吸收太阳辐射能，以无机传热元件为传热媒体，进而加热联集管或水箱中的水。热管式真空管太阳集热器具有集热效率高、得热量大、输出温度高、承压运行快、结构强度高、抗冻性强、安装维护方便、使用中无漏水隐患、易实现和建筑结合、具备较长的使用寿命等特点，可广泛应用于各种规模和用途的太阳能集热系统中。其工作原理是利用金属吸热板吸收紫外线，当金属吸热板温度达到 20∘^{\circ}C时，热管中的工质就汽化向上运动，在运动过程中不断吸收吸热板上的热量，到达冷凝端时可达到 250∘^{\circ}C，在冷凝端回流至热管底部，重复加过程。热管沿轴向分为蒸发段、绝热段和冷凝段，蒸发段使热量从管外热源传给管内的液相工质，并使其蒸发，气相工质在冷凝段冷凝，并把热量传递给管外的冷源。当冷源和热源隔开时，绝热段使管内的工质和外界不作热量传递，吸液芯靠毛细作用使液相工质由冷凝段回流到蒸发段及使液相工质在蒸发段沿径向分布。太阳能热水器中应用的热管一般为两相闭式热虹吸管（简称 TPCT），又叫重力热管，内部没有吸液芯，凝结的液体从冷凝段回到蒸发段不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是依靠凝结液的自身重力。

水力模型：

Δp=pin−pout=k⋅m⋅∣m∣/ρ2{\Delta}p = p_{in} - p_{out} = k \cdot m \cdot |m| / \rho^{2}

热力模型：

Q=rAη=m(hout−hin).Q = r A \eta = m (h_{out} - h_{in}).

式中：Δp{\Delta}p 是进出口压差（kPa\mathrm{kPa}），pinp_{in}、poutp_{out} 分别为流体进出口压力（kPa\mathrm{kPa}），kk 是局部压降系数（kPa/(m3⋅s−1)2\mathrm{kPa/(m^3 \cdot s^{-1})^2}）, mm 是质量流量（kg/s\mathrm{kg/s}），ρρ 是密度（kg/m3\mathrm{kg/m^3}），QQ 是太阳能集热器的供热功率（kW\mathrm{kW}），AA 为总面积，η\eta 为光热转换效率，rr 为这一时间段内的实际光强（W/m2\mathrm{W/{m^2}}），hinh_{in}、houth_{out} 分别为工质的进出口比焓（kJ/kg\mathrm{kJ/kg}）。

热管式集热器
热管式集热器

元件说明​

属性​

CloudPSS 元件包含统一的属性选项，其配置方法详见 参数卡 页面。

参数​

设备参数​

参数名键值 (key)单位备注类型描述
生产厂商manufacturer生产厂商文本生产厂商
设备型号equipType设备型号文本设备型号
局部压降系数LocalPressureDropCoekPa/(m3⋅s−1)2\mathrm{kPa/(m^3 \cdot s^{-1})^2}局部压降系数实数局部压降系数
集热器面积PlateArea集热器面积实数集热器面积
集热效率CollectionEfficiency%集热效率实数集热效率
最小供水温度MiniHeatOutletTemp∘^{\circ}C最小供水温度实数最小供水温度，运行约束参数在计算时不生效，无意义
最大供水温度MaxHeatOutletTemp∘^{\circ}C最大供水温度实数最大供水温度，运行约束参数在计算时不生效，无意义

基础参数​

参数名键值 (key)单位备注类型描述
元件名称CompName元件名称文本元件名称
设备配置台数DeivceNumber台设备配置台数自然数设备配置台数
待选设备类型DeviceSelection从设备库中选择设备类型选择选择数据管理模块录入的设备型号，将自动绑定对应设备的厂家、产品型号和额定运行参数。

仿真参数​

在仿真参数中编辑设备的仿真边界条件，主要包含运行方式和运行策略曲线。

参数名键值 (key)单位备注类型描述
运行策略Strategy配置设备在不同时刻的设备启停策略表格在表格中录入各个时间段对应的设备启停策略。 开始时刻对应每个仿真时刻，启停设备台数不能超过设备配置台数。

优化参数​

在优化参数中编辑优化条件。

参数名键值 (key)单位备注类型描述
是否优化该设备OptimizationChoice是否元件的运行方式进行优化选择选择是，则设备的运行策略由系统优化得到，不读取仿真参数中设置的运行模式和运行策略；选择否，则系统按照仿真参数的运行模式和运行策略运行。

引脚​

引脚用于将元件与其他电设备连接，支持线连接和信号名的连接方式。

引脚的名称、键值、维度、定义描述的详细说明如下表所示。

引脚名键值 (key)维度描述
水进口Inlet1×1可以在引脚处输入相同的字符使得设备与其他元件相连
水出口Outlet1×1可以在引脚处输入相同的字符使得设备与其他元件相连

常见问题​

元件模型是否具有代表性？

IESLab 平台的设备主要关注能量流的变化和转换过程，主要建立能量转换的通用简化模型。暂未按照其子特征建立详细的子类模型。

热管式太阳能集热器元件在建模仿真平台使用时需要配置哪些元件参数？数据管理模块需要配置哪些数据？

在对热管式太阳能集热器元件进行仿真模拟前，务必录入编辑元件的基础参数和仿真参数；

在数据管理模块需要配置热管式太阳能集热器的额定运行参数。并在基础参数中绑定数据管理模块的热管式太阳能集热器。

设备的串并联模式有何不同？
  1. 当设备配置多台时，默认为并联，所有设备型号相同，各支路局部阻力均相同，局部压降相同，各支路流量相同。
  1. 当不同设备并联时，各支路局部压降相同，总流量为各支路流量之和。
  1. 当不同设备串联时，各支路流量相同，总局部压降为各设备段的局部压降之和。
热管式太阳能集热器元件的运行方式有哪几种配置方式？

共有 2 种，其中仿真 1 种，运行优化 1 种模式。

  1. 仿真

    输入设备启停策略，热管式太阳能集热器的出力由气象条件和额定参数计算得到。特别注意：设备运行在功率模式时，设备出力根据运行策略计算得到，受设备配置台数和设备挡位等限制，设备启停运行策略中，设备运行台数超过配置台数之后的策略无效。

  1. 运行优化

    此时热管式太阳能集热器元件的出力由系统优化计算得到，但是不读取仿真参数，需要将优化参数的是否优化该设备项设置为是即可。

启停策略的开始时刻必须和仿真时刻一致吗？

建议保持一致。若启停策略的开始时刻与仿真时刻不一致，平台会自动采用插值和外推算法填充。 特别注意：对于启停策略，在仿真时刻之外的时间段策略，为前平推和后平推，即，策略之前的数值始终为策略的第一个值，策略之后的数值始终为策略里最后一个值。