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随着社会向前发展,我国对于能源的需求也越来越迫切,从地理位置上可以看到,我国的大多数地区都是位于太阳能资源相对比较丰富的地区,在这类地区,主动利用太阳能等清洁可再生能源已经成为了越来越普遍的发展趋势,同时,“建筑节能”、“绿色建筑”等概念也受到了更多的关注,太阳能与建筑相结合也越来越普遍,集热器就是其中的一种主要形式。太阳能空气集热器因其结构简单、冬季使用管路无结冻炸裂等优点,在工业、农业与住宅中得到越来越多的应用。然而,空气具有比热和密度都小的缺点,提高空气集热器集热效率和集热量成为了太阳能空气集热器研究重点。 课题组前期研制了第一代单集热管多曲面槽式空气集热器,经过试验研究发现,单管集热器存在处理空气量小、集热效率低的问题,为此,课题组进一步提出了第二代新型双集热管多曲面槽式空气集热器设计理念,本研究重点围绕所研制的双管集热器热工性能以及将其应用在日光温室中的效果展开了以下工作: 1.对多曲面槽式太阳能空气集热器的结构特性及工作原理进行了说明,提出双集热管多曲面槽式太阳能空气集热器设计理念,并将国内外对多曲面槽式太阳能空气集热器的研究分为光学性能研究、试验研究以及理论研究三部分进行整理说明。 2.基于单、双管集热器的结构特点,结合太阳能集热器光学和热学理论,对集热器的光学影响因素和热学影响因素进行了分析和说明,并结合试验结果对单、双管集热器性能进行了比较分析。 3.在北京搭建了太阳能空气集热器热工性能试验台,重点考察了双集热管位置、太阳辐射强度、单支玻璃管接收器内空气流速、集热器进口温度、集热器长度等影响因素对集热器出口空气温度、集热量、集热效率等性能参数的影响规律,并给出了太阳能空气集热器性能评价指标,为新型集热器及其系统的工程应用提供了设计依据。 4.根据试验结果,将优化后的集热器应用于新疆乌鲁木齐地区以及北京昌平地区的日光温室,考察了集热器实际运行效果,并对不同天气条件下集热器向日光温室的供热能力进行了分析和评价。 研究结果表明:(1)新型双管集热器与同类型的单管集热器相比,空气流量增加了一倍、单位面积集热量增加了16%、集热效率提高了9%,冬季无跟踪条件下的集热效率为44%~52%;(2)新型双管集热器双管位置1为最佳相对位置,单支集热管内最佳流速范围为1.8~2.0m/s,集热器长度取14~16m范围,空气进口温度不宜过高。(3)应用结果表明,新型双集热管多曲面槽式空气集热系统提高了日光温室建筑太阳能主动利用效率30%,为不加温日光温室冬季“反季节”番茄高效生产提供了重要技术示范。本研究将为多曲面槽式空气集热器的优化设计提供参考,以及为集热器在不同气候地区的适用条件分析提供方法指导。