摘要：基于泰安某公司一层办公楼的建筑冷负荷，本文设计出一套与该建筑相匹配的槽式太阳能集热系统，通过实验计算一系列性能参数，并与DeST数据库里的参数进行转化和比较，从而证明了系统在初步运行阶段具有可行性，也为以后系统的运行调节提供了数据参考。
关键字：冷负荷；集热器设计；DeST数据库；效率；可行性 1.引言
人类社会的飞跃式发展离不开对能源的利用，随着人类社会的不断向前，化石燃料持续减少、全球变暖、环境污染等能源和环境问题带来的威胁也日益突出。为了减少对环境的破坏和节约能源，人们开始将重心转移到开发清洁环保的可再生能源，其中太阳能就以它独特的优势成为了发展可再生能源的一个很好的切入点，且发展潜力巨大。仅就我国而言，我国太阳能丰富的地区占我国领土总面积的90%以上，太阳能每年辐射到我国领土上的总量相当于17000亿吨标准煤。开发利用太阳能，不仅可以有效减少化石能源的使用，还可以进一步减少有害气体对大气环境的影响，对新能源的开发具有十分重要的意义[1]。太阳能集热器作为太阳能热利用系统的关键部位，其性能与其成本对太阳能利用系统的优劣起着关键作用。因此，为了更好地利用太阳能，我们可以采用槽式抛物面聚光集热器，槽式聚光集热器具有反应灵敏、集热效率高、工作流体出口温度高等优点[2]。 本文通过对泰安某公司一层办公室进行冷负荷分析，设计出一套与之相匹配的槽式太阳能集热系统，分析影响集热器性能的主要因素及其光学效率和集热效率，从而能够为太阳能集热器的设计和改进提供参考依据。另外，由
于太阳能集热器所组成的集热场是太阳能集热系统的主体部分，太阳能集热场的设计规划和整体布局对整个集热系统的运行性能和经济效益至关重要，对于太阳能槽式集热场性能和布局的研究能够为以后槽式太阳能集热系统的设计提供参考。
2.太阳能集热系统设计
本项目的山东泰安某公司办公楼一层平面概况见图1。在该系统中，采用槽式太阳能集热器作为太阳能空调系统的集热系统，夏季采用溴化锂吸收式冷水机组向空调区域供冷，太阳能集热系统为溴化锂吸收式冷水机组提供高温导热油；冬季根据需求，太阳能集热系统也可对空调区域通过板式换热器进行供暖；此外，还可以利用槽式集热器中的高温导热油进行喷蒸汽实验。———————————————
基金项目：国家自然科学基金(51376012)和北京市自然科学基金(3142003)资助
2.1 集热器倾斜面上太阳直射辐射计算
为了获得更多的太阳热量，集热器的安装有一倾角，在设计时必须把水平面上的太阳辐射转换成等于集热器安装倾角的倾斜面上的太阳辐射。倾斜面上的太阳总辐射照度I θ由三部分组成：直射辐射照度I D.θ、散射辐射照度I d.θ和地面反射辐射照度I R.θ。
（1）
θθθθ...R d D I I I I ++=由于槽式集热器只能利用太阳辐射中的直射部分，因此应该准确计算出斜面上的直射辐射。斜面上的直射辐射可通过逐时计算从而准确实现从水平面到倾斜面的转换。倾斜面上与水平面上直射辐射的关系为：
（2）
H D b D I R I ..∙=θ式中，I D.θ为倾斜面上的直射辐射；I D.H 为水平面上的直射辐射；R b 为直射辐射修正因子。
uwb标签（3）δϕωδϕδβϕωβϕsin sin cos cos cos sin )sin(cos )cos(+-+-=b R 式中，δ：太阳赤纬角，即地心与太阳中心的连线与赤道平面的夹角[3]，计算公式为：
（4）365284360sin(45.23n +⨯=δ式中，n 为天数，即计算日在一年中天数的序号；φ：地理纬度；β：集热器平面夹角；ω：太阳时角，即真太阳时用角度表示的角，计算公式为：（5）
015真太阳时-12ω=⨯真太阳时：地球相对于太阳的自转并不是均匀的，并不是每天都是严格的24小时，与标准北京时间换算公式为[3]：
（6）
00真太阳时北京时-（120-当地经度）/15时差/60=+式中，时差的计算公式为：
（7）
时差9.87si n 27.53cos 1.5si n B B B =--
（8）81
360364n B -=因此，测量槽式集热器倾斜面上的直射辐射可采用两种方法：
(1)将直射辐射表的倾角固定为集热器的某一倾角值（一般为获得太阳辐射量最大时的倾角值），直接测量该固定倾斜面上的直射辐射值。该方法测量及计算简单，但是由于槽式集热器跟踪角度是随着太阳方位的变化而时刻在
变化的，即直射辐射辐射表测出的倾斜面上的太阳辐射的值不能代表槽式集热器追踪并接收的太阳直射辐射的逐时值，存在一定误差，一般较实际值偏大。
(2)用直射辐射表直接测量水平面上的直射辐射值，再通过直射辐射修正因子的修正转化为逐时倾斜面上的直射辐射，该方法考虑到了槽式集热器追踪太阳时角度的变化，能代表每个时刻槽式集热器追踪并接收的太阳直射辐射的值，但是计算较复杂。
本次实验选择第一种测量直射辐射的方法。
2.2槽式集热器面积确定
一层办公室空调总面积为600m 2，根据天正暖通负荷计算软件计算得出白天空调冷负荷为53.8kW ，根据大连三洋制冷有限公司蒸汽型双效溴化锂制冷机的经验COP 取值[4]，计算得出该办公楼白天空调所需太阳能集热器的集热量为40.8kW 。太阳能集热器的面积计算公式为：
（9）
Ac =Q IȠ式中，I：倾角等于当地纬度倾斜面上的太阳总辐射月平均日辐照量MJ/(m 2.d)；Ƞ：集热器的年平均集热效率，取50%。
代入数据计算得：
(10)
9521168
氨基酸水解>电厂脱硫滤布
215.8/(.)I M J m d = (11)6
4080036001210223㎡15.850%c A -⨯⨯⨯==⨯所以，白天空调用集热器面积取为230m
2，该集热器的主要参数如表1所示。
表1槽式集热器的基本参数
车床跟刀架
Table 1 The main parameters of trough collector
集热器单元长度4m集热器开口宽度 2.4m 玻璃管外径70mm玻璃管壁厚 2.4mm
不锈钢管外径32mm不锈钢管壁厚2mm
槽式太阳能集热场布局为：共有四个回路，每个回路有6组集热器，每组集热器的面积为9.6m2，因此共有24组集热器，共计230.4m2，如图2所示。
图1办公楼一层平面示意图图2槽式太阳能集热场平面布置示意图Fig. 1 The layer of the 1st floor office building Fig. 2The layout of trough solar collector field 2.3槽式集热器工作介质
本实验采用导热油WD300为导热介质，其主要性能参数如表2所示。
表2导热油的基本参数
档案管理方法
Table 2 The parameters of the heat-conducting oil
温度密度ρ(kg/m³)比热Cp(kJ/(kg.k))导热系数W/(m.℃)运动粘度（×10^6㎡/s）
201000 1.590.1313
100900 1.7960.129 3
300780 2.390.1030.3
3.槽式太阳能集热器结构
本实验采用的槽式集热器如图3所示，槽式太阳能集热器包括槽式反射器、接收器、跟踪系统以及其他辅助装置。
图3实验所用槽式集热器图 4反射镜的结构图
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