太阳能热水系统综述外文翻译资料

 2022-08-08 12:12:19

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太阳能热水系统综述

A.Jamara,Z.A.A.Majidb,W.H.Azmia,c,*,M.Norhafanad,A.A.Razake

a 马来西亚彭亨大学机械工程学院，马来西亚，彭亨，佩坎，26600

B 马来西亚国际伊斯兰大学联合健康科学学院，马来西亚，彭亨，关丹，25200

c 马来西亚彭亨大学汽车工程中心，马来西亚，彭亨，佩坎，26600

d 马来西亚国立伊斯兰大学机械工程系，邮编：1050728

e 马来西亚彭亨大学工程技术学院，马来西亚，彭亨，甘邦，Tun-Razak路，26300

摘要：太阳能是一种广泛使用的可再生能源，既可以直接利用，也可以间接利用。而太阳能热水系统则是太阳能应用领域中备受关注的应用之一。本文对太阳能热水器的三个核心部件：太阳能集热器、储水箱和传热流体进行了综述。本文从可能影响太阳能热水器热性能的三个基本部件出发，讨论了太阳能热水器的最新发展。本文还综述了太阳能热水器中各种集热器的发展，包括非聚光集热器(平板集热器、真空管集热器)和聚光集热器(抛物面碟形反射器、抛物面槽形集热器)。从光学优化、减少热损失、增强热回收以及不同的太阳跟踪机制等方面进行了研究。在非集中和集中集热器中，抛物面碟形反射器集热器的综合性能最好。本文还发现了纳米流体作为传热流体的应用。

关键词：太阳能；太阳能热水系统；太阳能热水器；可再生能源

目录

  1. 介绍 .........................................................179
  2. 太阳能热水系统的发展 .........................................179
  3. 太阳能热水系统 ...............................................179
    1. 有源系统 ................................................180
    2. 无源系统 ................................................180

3.2.1 热虹吸...........................................180

3.2.2 集成集热器储存 ..................................181

  1. 太阳能热水器的组成部分 .......................................181
    1. 太阳能集热器 ............................................181

4.1.1 太阳能集热器的选择 ..............................182

4.1.2 太阳能集热器的种类 ..............................182

    1. 储罐 ....................................................183
    2. 传热流体 ................................................184
  1. 最新的开发和应用 .............................................185
  2. 结论 .........................................................185

致谢..............................................................185

参考文献..........................................................185

  1. 介绍

今天,化石燃料主要被用来为家庭供暖和供电，以及为汽车提供燃料。煤、石油、天然气可以很方便地满足人类的能源需求[2]，但这些燃料的有限供应已经成为制约人们继续将其作为地球上的连续能源的主要因素[3,4]。近年来，马来西亚经济的高速发展导致能源消耗明显增加，特别是用于商业和国内建筑的电能[5]。能源在人类的日常需求中起着至关重要的作用[6]，可以替代化石燃料的替代能源有很多[7,8]，其中之一就是可再生能源[9]。可再生能源可以被描述为自然资源产生的能量，比如阳光;阳光是主要的能量来源[10]。可再生能源的主要好处是不需要任何燃料，从而消除了二氧化碳的排放；二氧化碳是空气污染的因素之一。矿物燃料供应不足和矿物燃料消费增加造成的不成比例的气体排放已成为造成当前全球能源问题的最严重因素。据说，目前的石油消耗速度是自然创造石油的速度的105倍[11]。可以预见，按照这种巨大的消耗速度，到2050年，世界化石燃料储量将减少[11,12]，到2050年和2100年，全球能源需求将分别达到约30太瓦和46太瓦[13]。尽管化石燃料供应了超过90%的能源需求，但它们确实造成了环境成本的增加[14]。

在中国，可再生能源在建筑中的应用是解决日益增长的能源需求与环境保护之间矛盾的有效途径。它也可以为这个问题提供解决方案，因为它是取之不尽用之不竭的，对环境的负面影响比化石燃料要小[16]。特别是，太阳能系统能够提供显著的环境保护，比如减少生态足迹[17]。这种能量不会被耗尽，而是会不断地更新。经济、环保和安全是决定未来需求的能源类型时应考虑的因素。太阳能可以直接或间接地从太阳光中获得能量[18]。事实上，这种能源最有价值的地方是它可以在不污染和伤害地球的情况下使用。

此外，太阳能是最具潜力的替代能源，是普遍可用的能源。这是一个有吸引力的概念，因为太阳能和热泵的结合[19]，可以提高可用能源的质量，并显示出不同应用的潜力[20]。太阳能的应用包括家庭部门、卫生机构和旅游部门的水加热[18,21]。太阳能热水器是目前最流行的一种可以替代电热水器的利用太阳能的装置[22]，其系统被称为太阳能热水系统[23,24]。因此，本文综述了太阳能热水系统中各种太阳能集热器及其应用。本文介绍了太阳能热水系统，包括主动式和被动式系统，太阳能热水器的基本组成，以及太阳能热水器的最新研究进展。

  1. 太阳能热水系统的发展

太阳能热水系统的优点由来已久，因为它是使用太阳能来节省能源和金钱最简单的方式。最早有记载的太阳能案例之一是美国内战后拓荒者向西部迁移。他们会把一个装满凉水的锅整天放在太阳下，以便晚上有热水。第一个类似这个概念的太阳能热水器是一个金属水箱，至今仍在使用。它被漆成黑色，放在朝向太阳的屋顶上。实际上，这个概念确实有效，但通常需要一整天的时间来加热水，然后太阳一下山,水就会很快冷却下来，因为水箱没有绝热。太阳能的不同用途已被广泛发现，如利用热水系统[25]、太阳能空调、食品千燥[26]、照明和烹饪[27]。热水系统几乎消耗了一个普通家庭家庭总能源消耗的20%。这种有利的情况之所以会发生，是因为这是一种可以减少天然气、电力或丙烷源的能源成本的有效方式[28]，也可以减少污染[29]，这对业主来说是最有利的,因为他们每天都生产大量的热水[30]。

因此，太阳能热水器是每个家庭都需要的太阳能热水系统中的一种设备，它对人们、社区和环境都有很多好处，它的作用是加热水并生产蒸汽供家庭使用(即用于洗澡、洗涤和清洁)[31]以及利用太阳能的工业用途。它的系统通过电池板或管道从太阳收集能量，然后产生热水，起着至关重要的作用[14]。该系统通常安装在露台上或阳光充足的地方，白天加热水。然后，热水将被储存在一个绝热的储水箱中，准备好用于家庭生活用水，特别是在早上[31,32]。事实上，自19世纪以来，太阳能热水器已经有效地进入了全球市场[33]。它不仅是一种安全、简单、可靠的技术，而且在成本上是合理的[34]。对用户来说，接受这种技术通常不是问题，因为它是一种“幕后”技术[35]。此外，简单性、技术可行性、经济和商业可行性是太阳能热水器在世界各地的可再生能源产品中深受欢迎的主要因素[36,37]。例如，中国市场上最受欢迎的热水器种类是电热水器、燃气热水器和太阳能热水器[38]。

除了该系统之外，集热器的作用是从阳光中收集太阳能，而储水箱储存热水的通过系统本身产生。为了确保水总是热的，水箱必须绝热良好，以避免热损失，正如前面提到的[39]。当涂有选定涂层的吸收板将热量传递到板下的立管时，就可以获得太阳能。水将通过立管被加热，然后被引导到储水箱。在晴朗的天气里，同样的水通过集热器的吸收板再循环，使温度上升到80℃(最大值)。利用太阳能集热器、储水箱和管道等设备，是公认的一套完整利用太阳能的热水系统配合使用的设备，称为太阳能热水系统。现有的太阳能热水器由一个圆柱形的玻璃管和一个铜线圈组成，玻璃管作为太阳能的接收器，铜线圈被放置在玻璃管中作为集热器[40]。太阳能热水器的技术和环境性能使用生命周期的评估方法进行检查[41,42]。

然而,要提高太阳能热水器的性能仍有许多工作要做，包括改善储水箱的热分层现象、提高集热器的性能、加强传热技术(包括集热器的设计,集热器倾斜角度,管道涂层、流体流速、绝热、集成集热器存储、热能存储、使用相变材料[43]和扭曲的磁带插入)[44]以及优化控制器。此外，优化热水箱结构，提高浸没式换热性能也被认为是最佳方法之—[45]。

  1. 太阳能热水系统

其中最广为人知的太阳能热应用是太阳热水系统[46]。太阳能热水系统采用天然光热技术[47,48]，将太阳辐射转化为热量，并传输到水、水防冻剂或空气等传输介质中。这种系统通常是可以代替电力和化石燃料用于加热水的[49]。一般来说，这个系统非常简单，因为它只需要阳光来加热水。当工作流体接触到暴露在阳光下的深色表面(高吸附性)，然后导致流体的温度上升时，它就会工作[3]。这种流体可能是由水被直接加热引起的，称为直接系统，也可能是一种传热流体(如乙二醇或水混合物)通过某种形式的热交换器，称为间接系统。这些系统可分为两大类;有源系统和无源系统[50]，如图1所示。有源系统可分为开环系统和闭环系统，而无源系统采用热虹吸管系统和集成集热器储存系统。

几乎所有在温带气候下使用的太阳能热水系统都是利用泵来循环传热流体的活跃系统[24]。从理论上讲，这些系统通常使用平板或真空管集热器，既可以吸收漫射的太阳辐射，也可以吸收直接的太阳辐射，即使在多云的天空下也能工作。水在集热器中加热，并使用泵来循环作为传热流体的水-乙二醇混合物[51]。当水箱底部的水的温度与集热器出口的热传递流体的温度之差超过设定值时，太阳能控制器就会触发泵开始工作。在热水箱底部的太阳能线圈用于加热水。这种液体具有一些理想的特性，如低冰点和高沸点。其易于操作和低成本的特点，使其适用于80℃以下的低温应用。辅助加热系统用于在太阳能集热器提供的热量较少时提高水温[52]。太阳能热水系统是一种将太阳能转化为热能的有效技术。与太阳能电直接转换系统的效率相比，太阳能热转换效率约为70%，而太阳能电直接转换系统的效率仅为17%[53]。

有两种类型的太阳能热水系统：有源和无源太阳能加热系统。有源系统包括开环系统和闭环系统;而无源系统包含热虹吸系统和集成集热器储存系统。

    1. 有源系统

有源太阳能热水系统使用集热器加热流体，存储单元在需要时储存太阳能，并分配设备

集成集热器储存 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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